Разработка обеспечения надёжности электроснабжения

Разработка обеспечения надёжности электроснабжения

ИжГТУ

Кафедра “Электротехники “

 

 

Курсовая работа по “АУ и СЭС “

Содержание

Задание

. Расчёт электрических нагрузок

. Расчет токов короткого замыкания

.1 Расчет сопротивления линии

.2 Расчет токов короткого замыкания

. Расчет релейной защиты

.1 Защита 1 - трансформаторов ТМЗ-630-6 / 0,4 кВ

.2 Защита высоковольтных двигателей (СД)

.3 Защита 2 - расчет уставок защит, установленных на АВР

.4 Защита 3 - максимальная токовая защита отходящих линии

.5 Дифференциальная защита силового трансформатора 6300-37/6,3

.6 Защита 4 - защита в начале линии 35 кВ

. Построение карты селективности

. Выбор времени срабатывания МТЗ

. Проверка допустимости выбранного времени срабатывания защиты по условию термической стойкости воздушной линии

. Оценка эффективности и надежности срабатывания реле в защитах

. Расчет основных параметров системы автоматики (АПВ, АВР)

Литература

 

Задание

защита ток реле трансформатор

на курсовую работу по предмету “Автоматизация управления системами электроснабжения”.

1.      Выбрать виды защиты и автоматики для систем электроснабжения в соответствие с категорией эл. приемников и обеспечения надежности эл. снабжения, и рассчитать их параметры.

.1      Выбрать ток срабатывания защиты.

1.2    Выбрать ток срабатывания реле.

.3      Уточнить выбранные токи по реле защиты в соответствии с проектируемой схемой.

.4      Определить коэффициент чувствительности выбранных защит в основной и резервируемой зоне.

.5      Выбрать время срабатывания основной и резервной защит, построить карту селективности срабатывания защиты.

.6      Произвести расчетную проверку трансформаторов тока для проектируемых защит.

.7      Оценить эффективность и надежность срабатывания реле в защитах.

.8      Проверить допустимость выбранного времени срабатывания защиты по условию термической стойкости кабельной линии.

.9      Произвести расчет напряжений на выводах вторичных обмоток трансформаторов тока в режиме к.з. в начале защищаемого участка.

.10    Произвести расчет основных параметров системы автоматики (АПВ, АВР и т.д.)

2.      Выбрать для данной схемы трансформаторы тока и релейную аппаратуру.

3.      Выбрать сечение токовых цепей защиты линий исходя из работы трансформатора тока с погрешностью менее чем 10%. Расстояние от трансформаторов тока до панелей защиты выбирать 1-50 метров.

1. Расчёт электрических нагрузок

№	Наименование потребителей	n	Ру, кВт	cosj/tgj	Ки	Рр, кВт	QP, кВАр	Uн, кВ
	I секция
1	Насосы	4	160	0.96/0.29	0.8	512	148.8	0.4
2	Электродвигатели задвижек	12	7.5	0.87/0.57	0.1	9	5.13	0,4
	II секция
3	Вентиляторы	8	40	0.93/0.39	0.8	256	99.84	0,4
4	Кран	1	75	0.88/0.54	0,15	11.25	6.07	0,4
5	Освещение		50	1/-	0.8	40		0,4
6	Компрессоры	4	2000	0.9/-0.48	0.85	6800	3264	6
	Итог

Расчет нагрузок произведем при помощи коэффициента максимума.

Расчетные значения Рр и Qр находим по выражениям:

Рр = n · Ру · ки, (кВт)

Qр = Рр · tgj (кВАр)

Находим расчетные нагрузки по секциям:

I секция

Определяем m:

m ;

Определяем число эффективных приемников:  т.к. m>3

Из таблицы (л.4, стр.32) находим Км=0.77

Находим расчетную максимальную активую и реактивную мощности:

Pm= (кВт)

Qм = Qр = 153.9 (кВАр)

Sм =  (кВА)

Iм =  (А)

 

II секция

Определяем m:

m ;

Определяем число эффективных приемников: nэ = n = 9, т.к. m<3

Из таблицы (л.4, стр.32) находим Км=0.85

Находим расчетную максимальную активую и реактивную мощности:

Pm=.85 (кВт)

Qм = Qр = 105.91 (кВАр)

Sм = .3 (кВА)

Iм =  (А)

Находим общую суммарную полную мощность обеих секций c учетом коэффициента разновременности максимума нагрузки:

Выбираем силовой трансформатор:

Sтр= (кВА)

где Кз - коэффициент загрузки трансформатора, Кз=0,7;

n - количество трансформаторов.

Следовательно, выбираем два трансформатора ТМЗ - 630 - 6/0,4 с исходными данными ∆Рхх=1,31 кВт, ∆Ркз= 7,6 кВт, Uкз= 5,5%, Iхх= 1,8%.

Таким образом токи секций на стороне U=6кВ будут равны:

Iм1= (А)

Iм2= (А)

I∑ = Iм1 + Iм2 = 41.4 + 43.86 = 85.26(А)

2. Расчет токов короткого замыкания

рис. 1

Схема замещения представлена на рис. 2

Расчет токов КЗ ведем в именованных единицах.

2.1 Расчет сопротивления линии

Определим минимальную и максимальную мощность короткого замыкания по формуле:

S=UсрIкmax==1088,17 кВА кВА

Определим сопротивление системы с учетом Skmax=1088,17кВА, и Skmin=768,12кВА, Uб = Uср = 37 кВ:

 (Ом)

Хс2 =  (Ом)

Определим активное и индуктивное сопротивление воздушной линии АС-25, U=37 кВ, длиной L=6 км:

Rвл = (Ом)

где -удельная проводимость металла,AI=32

S-сечение провода, мм2

L - длина линии, км;

рис.2

Xвл = х0 · L = 0,4 · 6 = 2,4 (Ом)

где X0 - удельное реактивное сопротивление линии, х0 = 0,4 Ом/км

Определим сопротивление силового трансформатора 6,3 МВА, Uкз = 7,5%:

Хтр1 =  (Ом)

Определим сопротивление синхронного двигателя Рн = 2000кВт, Qн = 816 кВАр

Хсд =  (Ом),

где X'' - сверхпереходное сопротивление СД, X''=0,2 Ом;

Так как у нас к каждой секции 6 кВ присоединены по два СД, то общее сопротивление будет равно:

Х2сд =  (Ом)

Сопротивление трансформатора ТМЗ-630-6/0,4 кВ по [л.7, стр. 35] равно:

Rтр2 = 3,1 (мОм)

Хтр2 = 13,6 (мОм)

2.2 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов КЗ производим с учетом подпитки от СД:

Iк = Iс + Iсд (кА)

где

Iс - расчетный ток КЗ от системы;

Iсд - расчетный ток КЗ подпитки СД.

При расчете короткого замыкания , так как расчетная схема содержит несколько уровней напряжения - 0,4; 6,3; 37 кВ, то сопротивления следует приводить на тот уровень напряжения, где находится точка КЗ:

Хвн = Хнн

Сопротивление системы до точки короткого замыкания вычисляется по формуле:

Zс =  , Ом

где - суммарное активное сопротивление отрезка линии от системы до точки КЗ, Ом

- суммарное реактивное сопротивление отрезка линии от системы до точки КЗ, Ом

Если < то пренебрегают.

Расчетный ток КЗ подпитки СД находим по выражению:

Iсд  (кА)

где

E˝ - сверхпереходная ЭДС.

 - суммарное сопротивление СД и отрезка линии от СД до точки КЗ, при необходимости приведенное к соответствующему уровню напряжения.

Все результаты расчетов токов КЗ сведем в таблицу 2.

Рассчитываем ток короткого замыкания для точки К4

Приведем расчетную схему замещения к виду:

Z2 = RΣ2 + јХΣ2 (Ом),

где RΣ2 - суммарное активное сопротивление отрезка линии от системы до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

ХΣ2 - суммарное реактивное сопротивление отрезка линии от системы до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

RΣ2  (мОм)

ХΣ2 (мОм)

Z2 = RΣ + јХΣ = 0,88 + ј2,33 (мОм)

Z1 = RΣ1 + јXΣ1 = 0 + ј4.27 = ј4.27 (мОм)

где RΣ1 - суммарное активное сопротивление отрезка линии от СД до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

ХΣ1 - суммарное реактивное сопротивление отрезка линии от СД до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

ХΣ1  (мОм)

Z3 = Rтр2 + јХтр2 =3,1 + ј13,6 (мОм)

Определим общий ток КЗ учитывая токораспределение от системы и от СД:

Iк =Iс + Iсд (кА)

где Iсд

Zрез1  ; ZΣ = Zэ + Z3 ; Zэ  ; С1

Zэ

=0,21+j0,9

ZΣ = Zэ + Z3 (мОм)

С1

Zрез1

Iсд  (кА)

Iс

Zрез2  ; ZΣ = Zэ + Z3 ; Zэ  ; С2

С2

Zрез2

Iс  (кА)

Таким образом общий ток КЗ для точки К4 будет равен:

Iк =Iс +Iсд =5,75 + 3,26 = 9,01 (кА)

Наименование расчетных данных	Расчетные данные при коротком замыкании в точке (см. схему замещения)
	К1	К2	К3	К4
1	2	3	4	5
Сопротивление системы, приведенное к точке КЗ, Ом: Хс.мин Хс.мах	1,78 1,25	1,78 1,25	0,052 0,036	0,23 ·10-3 0,16·10-3
Сопротивление элементов схемы, приведенных к точке КЗ,Ом:	1.78 1.25	8.6 8.34	0.93·10-3	14.87 ·10-3
Воздушная линия, Ом: активное индуктивное	7,50 2,40	7,50 2,40	0,22 0,07	0,97·10-3 0,31·10-3
Трансформатор 6,3 МВА, Ом	16,30	16,30	0,473	1,907·10-3
2 СД, Ом	36,06	36,06	1,06	4,71·10-3
Трансформатор 630 кВА, Ом: активное индуктивное				3,1·10-3 13,6·10-3
Ток подпитки СД, кА		1,633,26
Ток КЗ от системы, кА: Iмах Iмин	16,184 11,365	2,42 2,35	3,853 3,729	5,75
Общее значение тока К.З, кА: Iмах Iмин	16,184 11,365	2,42 2,35	5,483 5,359	9,01
Общее значение тока КЗ приведенное к напряжению 6 кВ, кА: Iмах. пр. Iмин. пр	94,406 66,295	14,116 13,708	5,483 5,359	600.7

3. Расчет релейной защиты

3.1 Защита 1 - трансформаторов ТМЗ-630-6 / 0,4 кВ

Основными видами повреждений в трансформаторах (автотрансформаторах) являются:

·       замыкания между фазами в обмотках и на их выводах;

·       замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания);

·       замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.

В соответствии с этим, согласно ПУЭ, на трансформаторах (≥ 6 кВ) должны предусматриваться устройства релейной защиты , действующие при:

·       повреждениях внутри баков маслонаполненных трансформаторов;

·       многофазных КЗ в обмотках и на их выводах;

·       витковых замыканиях в обмотках трансформаторов;

·       внешних КЗ;

·       перегрузках (если они возможны);

·       понижениях уровня масла в маслонаполненных трансформаторах;

Для трансформаторов малой и средней мощности (сюда относится и наш защищаемый трансформатор) хорошую защиту можно обеспечить применением мгновенной токовой отсечки в сочетании с максимальной защитой и газовой защитой.

Газовая защита является: наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях, на которые максимальная защита и отсечка не реагируют, защитой от понижения уровня масла в маслонаполненных трансформаторах. На нашем трансформаторе предусматриваем газовое реле чашечного типа РГЧ.

Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений предусматриваем токовую отсечку без выдержки времени, устанавливаемую со стороны питания и охватывающую часть обмотки трансформатора.

Произведем расчет токов срабатывания максимальной защиты.

Из расчетов токов КЗ следует: I(3)к мин.6.3 = 5483 (А) и ток КЗ на стороне 0,4 кВ приведенного к напряжению 6 кВ I(3)к 0,4 пр. = 9010·0,4/6,3 = 600,7 (А).

Рассчитаем коэффициент самозапуска нагрузки:

ксзп

где Iсзп - ток самозапуска нагрузки, А

Iр.макс. - максимальный рабочий ток, А, за Iр.макс. с учетом ‘аварийного‘ отключения второго трансформатора принимаем расчетный суммарный ток двух секций 0,4 кВ.

Iр.макс. = 85,26 (А)

Iсзп

где Хэ - эквивалентное сопротивление, Ом,

Хэ = Хс.пр.6,3 + Хвл пр.6,3 + Хтр1 пр.6,3 + Хнагр.

Хнагр. = =14,95

где Х*нагр. = 0,35 (Ом), для общепромышленной нагрузки.

Хэ = 0,052 + 0,07 + 0,473 + 14,95 = 15,54 (Ом)

Iсзп  (А)

ксзп

Следовательно, ток срабатывания защиты на стороне 6 кВ, выполненной по схеме неполной звезды с двумя реле РТ-95 (I вариант) и по схеме неполной звезды с тремя реле РТ-95 (II вариант), дешунтирующими соответственно два ЭО будет равен:

Iс.з. ≥ (А)

где кн =1,1 - коэффициент надежности срабатывания реле РТ-95;

кв = 0,8 - коэффициент возврата реле РТ-95.

Заметим, что потребители на стороне 0,4 кВ не являются ответственными и поэтому АВР на стороне 0,4 не предусматриваем.

Тогда ток срабатывания реле максимальной защиты для обоих вариантов будет равен:

Iс.р.  (А)

где nт =250/5 - коэффициент трансформации трансформатора тока;

ксх = 1 - коэффициент схемы неполной звезды;

Принимаем ток срабатывания реле РТ-95 Iс.р.= 7(А), тогда Iс.з (А)

Проверим чувствительность максимальной защиты трансформатора:

) при двухфазном КЗ за трансформатором соединением обмоток /∆-11 расчетный ток в реле:

Iр  (А) (I вариант)

к(2) ч  < 1,5 и, следовательно, схема неполной звезды с двумя реле нам не подходит.

Iр  (А) (II вариант)

к(2) ч  >1,5 окончательно выбираем схему защиты неполная звезда с тремя реле.2) при однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ за трансформатором со схемой соединения обмоток /∆-11 ток I(1)к ≈ I(3)к

Iр  (А)

к(1) ч  »1,5

Целесообразно установить специальную защиту нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ. Выбираем ток срабатывания на стороне 0,4 кВ по условию отстройки от наибольшего тока небаланса в нулевом проводе трансформатора ∆/ в нормальном режиме (Iс.з. < 1,2·Iн.тр., ГОСТ 11677-75):

Iс.з. = 1,2 · Iн.тр= 1,2 · 85,26 = 1611,41 (А)

Токовую отсечку выполняем на том же реле РТ-95. Тогда ток срабатывания отсечки:

Iс.о. ≥ кн · I(3) к.макс. = 1,6 · 600,7 = 961,12 ≈ 1000 (А)

где кн = 1,6 - коэффициент надежности для реле РТ-95, (л.6 , стр.26);

Но также токовая отсечка предназначена для быстрого отключения всех КЗ, вызывающих опасные для СД снижения напряжения:

Iс.о. £ .

где Uс.мин.= 6000 - междуфазное напряжение питающей системы в минимальном режиме ее работы, В;

zс.мин. - сопротивление системы в минимальном режиме до места установки отсечки, Ом;

кн = 1,1 - коэффициент надежности;

к0 = 1 - коэффициент, учитывающий зависимость остаточного напряжения в месте установки отсечки от удаленности трехфазного КЗ;

zс.мин. (Ом)

Iс.о. £  (А)

Условие выполняется.

I(3)к.макс. - максимальный ток КЗ на стороне 0,4 кВ приведенное к напряжению 6 кВ.

Коэффициент чувствительности в месте установки равен:

к(2) ч

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТЛМ-10 с nт = 250/5, проверку чувствительности реле защиты и ЭО после дешунтирования, проверку допустимости применения реле РТ-95 по максимальному значению тока КЗ.

1) Проверка на 10 % погрешность производится при токе срабатывания отсечки (1000 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 2,5 (Ом) (л.6,стр.287)

В режиме дешунтирования сопротивление

н.расч. = 2 rпр. + zр + rпер.,

где rпр. - сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 15 м и сечении 4 мм2, zр - сопротивление реле РТ-95, rпер. - сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр.  (Ом) zр = (Ом)

н.расч. = 2 · 0,09 + 0,61 + 0,1 = 0,89 (Ом) < 4,4 (Ом), что соответствует погрешности ε < 10 % до дешунтирования ЭО.

) После дешунтирования ЭО значение Zн.расч. возрастает на ZЭО = (Ом), таким образом Zн.расч. = 0,89 + 2,3 = 3,19 (Ом) и погрешность трансформатора тока в режиме после дешунтирования ЭО превышает 10 %.

Определим действительную токовую погрешность при токе надежного срабатывания токовой отсечки кч·Iс.о.= 3,39·1000 = 3390 (А), чем соответствует кмакс. =

При Zн.расч. = 3,19 (Ом) значение к10 доп =3,3. Коэффициент

А = ,

а f = 64 % (л.6,стр.36). Однако с учетом низкого коэффициента возврата электромагнитного реле РТ-85 (0,3-0,4) чувствительность защиты после дешунтирования ЭО не снижается и возврата реле не произойдет:

кч.з. =

) Произведем проверку чувствительности ЭО:

При токе надежного срабатывания ЭО 1,4·5 =7 (А)предельная кратность к10 = 1,4, чему соответствует Zн.доп. = 7 (Ом), т.е. значительно больше чем Zн.расч. =2,69 (Ом). Следовательно, ε < 10 % и тем более f < 10 %.

кч ЭО > 1,5,

где Iр.мин. (А);

Iс.ЭО = 5 (А);

) Проверяем точность работы реле типа РТ-95 при максимальном токе КЗ (5483 А, точка К3).

По Zн.расч. = 0,89 определяем к10 доп. = 9 %, затем кмакс. =5483/250 = 21,9 и коэффициент А = 21,9/9= 2,44 при котором f = 46 %, что меньше допустимых 50% для реле типа РТ-85.

I2к.макс. (А) < 150 (А) (условие 1-9,л.6)

) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 25,44 · 5 · 3,19 = 572,1 (В) < 1400 (В)

Таким образом, трансформатор тока типа ТЛМ-10 нам подходит по всем параметрам.

Таблица 1

п/п	Наименование		Обозначение и расчетная формула	Вычисленное значение
1	Максимальный рабочий ток, А		Iм	85,26
2	Коэффициент трансформации трансформатора тока		nТ	250/5
3	Минимальное значение тока трехфазного КЗ в зоне защиты	Основной, А	Iк1(3)	600,7
		Резервной, А	Iк2(3)
4	Сквозной ток КЗ или пусковой ток (для двигателя) при пуске от полного напряжения, А		Iк(3)
5	Расчетные коэффициенты	Самозапуска	Ксзп	2,7
		Схемы включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,1
		Возврата реле	Кв	0,8
6	Ток срабатывания реле	Расчетный, А	6,33
		Принятый, А	iср	7
		Первичный, А	Iсз=iср´nТ	350
7	Чувствительность защиты	В зоне основной защиты	Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсз	4,63
		В зоне резервной защиты	Кч=0.87 Iк2(3)/ Iсз
		За трансформатором	Кч=0.5 Iк2(3)/ Iсз
8	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	3 РТ-95
		Пределы уставки тока реле, А	от 4 до10
9	Принятая уставка времени защиты, с		t	0,5
10	Выбрано реле времени	Тип и пределы уставки, с	-
11	Расчетные коэффициенты	Схема включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,6
12	Ток срабатывания отсечки	Расчетный, А	19,2
		Принятый, А	iсро	20
		Первичный, А	Iсзо=iсро´nТ	1000
13	Кратность тока срабатывания отсечки		iсро/iср	2,85
14	Чувствительность защиты (отсечки) при I(3) к= 5359 (А)		Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсзо	4,66
15	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	3 РТ-95
		Пределы уставки тока реле, А	от 8 до 80

3.2 Защита высоковольтных двигателей (СД)

Требования к устройствам РЗ и А подстанции, питающих СД (л.9):

·       короткие замыкания, вызывающие снижение напряжения на зажимах СД ниже допустимого по условиям сохранения их устойчивой работы должны отключаться без выдержки времени (можно отключать выключатель или гасить магнитное поле);

·       МТЗ линий и трансформаторов, через которые питаются СД, при внешних КЗ не должны срабатывать от токов, посылаемых СД при внешних КЗ;

·       продольные дифференциальные защиты элементов должны быть отстроены от токов небаланса, вычисленных при максимальных сквозных токах КЗ с учетом подпитки места повреждения СД;

·       устройства АВР на линиях, трансформаторах и секционных выключателях при включении которых подается напряжение на СД, потерявшие основное питание, должны выполнятся с контролем и ожиданием снижения напряжения со стороны СД, при этом перед включением выключателя резервного питания должны отключаться АГП или выключатели СД. Это делается для ускорения действия АВР и для предотвращения несинхронного включения СД и обеспечения их успешной ресинхронизации, т.е. втягивания в синхронизм после включения АГП и подачи тока возбуждения в обмотку ротора электродвигателя.

На синхронных электродвигателях устанавливаются следующие виды защит:

от междуфазных повреждений в статоре;

от замыканий на землю (максимальная токовая с нулевой последовательностью);

от перегрузки;

от понижения напряжения;

от асинхронного режима.

Защита от междуфазных повреждений является основной и обязательной защитой любого синхронного электродвигателя. Она выполняется мгновенной в виде токовой отсечки или продольной дифференциальной защиты (для электродвигателей с Р ³ 2 МВт), которая одновременно с выключателем отключает АГП.

Для нашего синхронного двигателя с Pном.дв. = 2000 кВт выберем ток срабатывания отсечки равный:

 

I с.з.отс. = кн · kп.дв. · I ном.дв. = 1,4 · 6,5 · 192 =1747,2 (А)

где kп.дв. = 6,5 - кратность пуска электродвигателя;

kн = 1,4 - коэффициент надежности для реле типа РТ 40;

Тогда ток срабатывания реле будет равен:

Iс.р. = (А)

сх - коэффициент схемы (в нашем случае реле включается по двухрелейной схеме неполная звезда kсх = 1);

nт = 250/5 - коэффициент трансформации трансформатора тока;

Выбираем защиту по однорелейной схеме с параллельным соединением катушек реле типа РТ-40/50 с током срабатывания равным 40 А (предел уставок 25-50 А).

Проверим коэффициент чувствительности:

кч > 1,5

Защита от перегрузок осуществляется при помощи токового реле, включенного в одну фазу. Поскольку предусматриваем наличие постоянного дежурного персонала, то защиту выполняем с действием на сигнал с Iс.з. = 1,25Iн = 240 (А) и выдержкой времени, превышающей по возможности время затухания пусковых токов. Отключающий комплекс настраиваем на Iс.з. = 1,75Iн =336 (А).

Защита от понижения напряжения является вспомогательной и в нашем случае устанавливается как на электродвигателях ответственных механизмов, произвольный самозапуск которых недопустим по условиям технологии производства или техники безопасности. Для этой защиты применим схему с двумя комплектами реле напряжения, включенными на разные линейные напряжения, и реле времени. Для экономии аппаратуры защиты выполним её в виде групповой защиты. Напряжение срабатывания защиты выберем по условию:

Uс.з. = 0,7Uн = 4200 (В)

с выдержкой времени защиты t = 7 с, чтобы отключение электродвигателей происходило только при длительной посадке напряжения или его исчезновения.

Защита от замыканий на землю: ток срабатывания защит электродвигателей от замыканий на землю должен быть не более 10 А (для электродвигателей мощностью до 2 МВт) с действием на отключение без выдержки времени.

Устанавливаем ток срабатывания Iс.р. = 9А

Защита от асинхронного режима работы выполняется реагирующей на колебания тока в статоре или роторе электродвигателя, возникающие в этом режиме. В нашем случае применим простую токовую защиту при помощи зависимого токового реле типа РТ-81, некоторым недостатком которого является небольшая зависимость между током и временем срабатывания и периодом тока качания. Выберем ток срабатывания защиты и реле:

 

I с.з. = (1,3 ÷ 1,4)I ном.дв. = 1,4 · 192 = 268,8 (А)с.р.

сх - коэффициент схемы (в данном случае реле включается по двухрелейной схеме неполная звезда kсх = 1);

nт = 50 - коэффициент трансформации трансформатора тока;

Выбираем реле РТ-81 с током срабатывания Iср. = 6 (А) и соответственно ток срабатывания защиты равен Iс.з. = 280 (А), выдержку времени защиты выбираем больше времени затухания пусковых токов электродвигателя.

3.3 Защита 2 - расчет уставок защит, установленных на АВР

Максимальный ток, проходящий через секционный выключатель:

Iр.макс  (А)

где Sр - суммарная полная мощность одной из двух секций 6кВ (для расчета выбираем II секцию), кВ·А;

Sр (кВ·А)

Определим ток самозапуска:

Iсзп  (А)

где Хэ - эквивалентное сопротивление, Ом,

Хэ = Хс.пр.6,3 + Хвл пр.6,3 + Хтр1 пр.6,3 + Х ∑нагр.

= 0,04 + 0,07 + 0,473 + 1,39 = 1,97 (Ом)

Х ∑нагр.  (Ом)

где Iп. - суммарный пусковой ток II секции 6 кВ;

Iп. = кп · Iн. р. + 2 · кп сд · Iн.сд = 2,74 · 43,86 + 2 · 6,5 · 192 = 2616,17 (А)

Коэффициент самозапуска:

ксзп

Ток срабатывания селективной максимальной защиты:

Iс.з. ≥ (А)

где кн =1,1 - коэффициент надежности срабатывания реле РСТ-13;

кв = 0,9 - коэффициент возврата реле РСТ-13.

По согласовании чувствительности с защитами на стороне 6 кВ (трансформатора 6/0,4):

с.з. ≥ k н.с. · (I с.з.пред.макс. + ΣI р. ) ;

где k н.с. = 1,3 - коэффициент надежности согласования реле РСТ-13 с РТ-95;с.з.пред.макс. - наибольший ток срабатывания предыдущей защиты, А;

ΣIр.- геометрическая сумма максимальных рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование, в нашем случае это будет I 2сд =362,6 - 43,86 = 318,74 (А);

с.з. ≥ 1,3 · (350 + 318,74) = 869,36 (А)

Принимаем ток срабатывания защиты равным Iс.з. = 2261 (А). Тогда ток срабатывания реле:

Iс.р.  (А)

где nт = 600/5 - коэффициент трансформации трансформатора тока;

ксх = 1 - коэффициент схемы неполной звезды;

Принимаем ток срабатывания реле РСТ-13-29 Iс.р.= 19 (А), тогда Iс.з (А)

Дальнейшие расчеты приведены в таблице 2.

к ч  > 1,5

Токовую отсечку выполняем на реле РТМ. Тогда ток срабатывания отсечки:

Iс.о. ≥ кн · I(3) к.макс. = 1,4 · 5483=7676,2 (А)

где кн = 1, 4 - коэффициент надежности для реле РСТ-13,(3) к.макс. - максимальный ток КЗ на стороне 6 кВ.

Находим чувствительность токовой отсечки:

к ч < 1,5

Как видно чувствительность токовой отсечки меньше допустимой величины. И поэтому для создания условия селективности отсечку выполняем с небольшой задержкой времени на ступень селективности больше, чем время срабатывания быстродействующих защит предыдущих элементов, т.е. с tс.о. = 0,4¸0,8 с (л.6, стр.29).

Тогда принимаем Iс.о. = 2500 (А) и к ч  > 1,5

Следовательно, время срабатывания токовой отсечки защиты 2 будет равно:

tсо. = tсо.пред. + ∆t = 0 +0,3 =0,3 с

Результаты расчета защиты на реле РТМ тоже приведены в таблице 2.

Принимаем время срабатывания МТЗ:

tср = tср.пред. + ∆t = 0,5 +0,5 =1,0 с

где tср.пред. - время срабатывания предыдущей защиты, с;

∆t = 0,5 с - ступень селективности.

Выбор уставки реле напряжения в блоке АВР.

Минимальное рабочее напряжение

, где

эквивалентное сопротивление нагрузки,

ток самозапуска.

 (В)

Напряжение срабатывания реле

, где

   коэффициент трансформации трансформатора напряжения (6000/100),

коэффициент надежности реле РН-54

коэффициент возврата реле РН-54

 (В) » 48 (В)

Частота срабатывания частотного пускового органа АВР принимается в пределах 46-48Гц.

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТЛМ-10 с nт= 600/5

1) Проверка на 10 % погрешность производится при токе срабатывания отсечки (2500 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 1,75 (Ом) (л.6,стр.287)

Фактическое сопротивление нагрузки:

н.расч. = 2 rпр. + zртм + zрт + rпер. ,

где rпр. - сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 7 м и сечении 4 мм2, zртм - сопротивление реле РТМ, zрт - сопротивление реле РСТ-13, rпер. - сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр.  (Ом) zртм = (Ом)рт= (Ом)н.расч. = 2 · 0,03 + 0,16 + 0,003 + 0,1 = 0,323 (Ом) <2,64 (Ом), что соответствует погрешности ε < 10 % .

2) Проверяем надежность работы контактов токовых реле.

кмакс. =

При Zн.расч. = 0,323 (Ом) значение к10 доп = 21. Коэффициент

А = ,

По характеристике f=10, но допустимое значение f для реле РТ-40 не регламентируются.

) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 8,93 · 5 · 0,323 = 20,04 (В) < 1400 (В)

Таблица 2

п/п	Наименование		Обозначение и расчетная формула	Вычисленное значение
1	Максимальный рабочий ток, А		Iм	362,6
2	Коэффициент трансформации трансформатора тока		nТ	600/5
3	Минимальное значение тока трехфазного КЗ в зоне защиты	Основной, А	Iк1(3)	5359
		Резервной, А	Iк2(3)
4	Сквозной ток КЗ или пусковой ток (для двигателя) при пуске от полного напряжения, А		Iк(3)
5	Расчетные коэффициенты	Самозапуска	Ксзп	5,1
		Схемы включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,1
		Возврата реле	Кв	0,9
6	Ток срабатывания реле	Расчетный, А	18,84
		Принятый, А	iср	19
		Первичный, А	Iсз=iср´nТ	2280
7	Чувствительность защиты	В зоне основной защиты	Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсз	2,03
		В зоне резервной защиты	Кч=0.87 Iк2(3)/ Iсз
		За трансформатором	Кч=0.5 Iк2(3)/ Iсз
8	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	2 РСТ-13-29
		Пределы уставки тока реле, А	от 12,5 до 20
9	Принятая уставка времени защиты, с		t	1,0
10	Выбрано реле времени	Тип и пределы уставки, с	0,25 - 3,5	ЭВ 225
11	Расчетные коэффициенты	Схема включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,4
12	Ток срабатывания отсечки	Расчетный, А
		Принятый, А	iсро	25
		Первичный, А	Iсзо=iсро´nТ	2500
13	Кратность тока срабатывания отсечки		iсро/iср	1,3
14	Чувствительность защиты (отсечки) при I(3) к= 5359 (А)		Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсзо	1,6
15	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	2 РТМ-II
		Пределы уставки тока реле, А	от 23 до 41

 

.4 Защита 3 - максимальная токовая защита отходящих линии

Выбираем ток срабатывания селективной максимальной защиты с зависимой время-токовой характеристикой с реле РТВ, у которого кн = 1,2, кв = 0,7 :

Iс.з. = (А)

где Iр.мин. = 362,6- расчетный ток нагрузки одной секции

По условию согласования с защитой секционного выключателя:

с.з. ≥ k н.с. · (I с.з.пред.макс. + ΣI р. ) ;

где k н.с. = 1,4 - коэффициент надежности согласования реле РТВ с РСТ-13;с.з.пред.макс. - наибольший ток срабатывания предыдущей защиты, А;

ΣI р.- геометрическая сумма максимальных рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование, в нашем случае это будет I р.мин = 362,6 (А);

с.з. ≥ 1,4 · (2280 + 362,6) = 3699,64 (А)

По условию срабатывания АВР:

I с.з. ≥ 1,2. · (кп · I р. + I р.) = 1,2 · (5,1 · 362,6 + 362,6) = 2654,2

Принимаем Iс.з. = 3700 (А) и результаты расчета сводим в таблицу 3.

В случае срабатывания АВР при помощи использования схемных решений принимаем, что защита 3 срабатывает на отключение раньше, чем включится секционный выключатель резервного питания. Для этого применяем делительную защиту ДЗН, выполненной в виде защиты минимального напряжения.

Для создания условия селективности отсечку выполняем с небольшой задержкой времени на ступень селективности больше (л.6, стр.29), чем время срабатывания быстродействующих защит предыдущих элементов, т.е. с tс.о. = 0,3 с.

Тогда принимаем Iс.о. = 3000 (А) и к ч  > 1,5

Время срабатывания токовой отсечки защиты 3 будет равно:

tсо. = tсо.пред. + ∆t = 0,3+0,3 =0,6 (с)

Все расчеты сводим в таблицу 3.

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТЛМ-10 с nт= 800/5

1) Проверка на 10 % погрешность производится при токе срабатывания отсечки (4320 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 2,8 (Ом) (л.6,стр.287)

Фактическое сопротивление нагрузки в режиме до дешунтирования ЭО при схеме соединения обмоток трансформатора в неполную звезду :

н.расч. = 2 rпр. + zртм + zрт + rпер. ,

где rпр. - сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 7 м и сечении 4 мм2, zртм - сопротивление реле РТМ, zрт - сопротивление реле РТВ, rпер. - сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр.  (Ом) zртм = (Ом)рт= (Ом)н.расч. = 2 · 0,03 + 0,166 + 0,137 + 0,1 = 0,463 (Ом) < 3,5 (Ом), что соответствует погрешности ε < 10 % .

После дешунтирования ЭО значение Zн.расч. возрастает на ZЭО = (Ом), таким образом Zн.расч. = 0,463 + 2,3 = 2,763 (Ом) и погрешность трансформатора тока в режиме после дешунтирования ЭО не превышает 10 %.

) Проверяем надежность работы контактов токовых реле.

При Zн.расч. = 0,463 (Ом) значение к10 доп = 21. Коэффициент

А = ,

По характеристике f=10, но допустимое значение f для реле РТВ не регламентируются.

) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 6,67 · 5 · 2,763 = 130,3 (В) < 1400 (В)

Таблица 3

п/п	Наименование		Обозначение и расчетная формула	Вычисленное значение
1	Максимальный рабочий ток, А		Iм	362,6
2	Коэффициент трансформации трансформатора тока		nТ	800/5
3	Минимальное значение тока трехфазного КЗ в зоне защиты	Основной, А	Iк1(3)	5359
		Резервной, А	Iк2(3)
4	Сквозной ток КЗ или пусковой ток (для двигателя) при пуске от полного напряжения, А		Iк(3)
5	Расчетные коэффициенты	Самозапуска	Ксзп	5,1
		Схемы включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,2
		Возврата реле	Кв	0,7
6	Ток срабатывания реле	Расчетный, А	19,3
		Принятый, А	iср	20
		Первичный, А	Iсз=iср´nТ	3200
7	Чувствительность защиты	В зоне основной защиты	Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсз	1,5
		В зоне резервной защиты	Кч=0.87 Iк2(3)/ Iсз
		За трансформатором	Кч=0.5 Iк2(3)/ Iсз
8	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	2 РТВ-III
		Пределы уставки тока реле, А	от 5 до 35
9	Принятая уставка времени защиты, с		t	1,5
10	Выбрано реле времени	Тип и пределы уставки, с
11	Расчетные коэффициенты	Схема включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,4
12	Ток срабатывания отсечки	Расчетный, А		18,7
		Принятый, А	iсро	19
		Первичный, А	Iсзо=iсро´nТ	3040
13	Кратность тока срабатывания отсечки		iсро/iср	0,95
14	Чувствительность защиты (отсечки) при I(3) к= 5359 (А)		Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсзо	1,53
15	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	2 РТМ-II
		Пределы уставки тока реле, А	от 23 до 41

3.5 Дифференциальная защита силового трансформатора 6300-37/6,3

Для защиты трансформаторов от КЗ между фазами, на землю и от замыканий витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная защита. Она является основной быстродействующей защитой трансформаторов с обмоткой ВН 3 кВ и выше, согласно нормативным документам она должна предусматриваться на трансформаторах мощностью ³ 6,3 МВ·А, на трансформаторах 4 МВ·А при их параллельной работе и на трансформаторах меньшей мощности (но не менее 1 МВ·А), если токовая защита не удовлетворяет требования чувствительности, а МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с.

Рассчитаем дифференциальную защиту на базе реле типа РНТ-565 без торможения силового трансформатора 6300-37/6,3; Uк = 7,5 %.

Определим средние значения первичных и вторичных номинальных токов для всех сторон защищаемого трансформатора:

Iн=Sтр / Uср;

Наименование величины	Численное значение для стороны
	37 кВ	6,3 кВ
Первичный номинальный ток трансформатора, А	6300/· 37 = 98,316300/·6,3 = 577,35
Коэффициент трансформатора тока	150/5	600/5
Схема соединения трансформатора тока	∆
Вторичный ток в плечах защиты, А	98,31· /(150/5) = 3,27	577,35 /(600/5)=4,81

Результаты расчетов токов КЗ:

I(3)к.мин.ВН = 912 (А) I(3)к.макс.ВН = 933 (А)

I(3)к.мин.НН = 5359 (А) I(3)к.макс.НН = 5483 (А)

. Определим первичный ток небаланса:

Iнб=Iнб'+Iнб''+Iнб'''

где Iнб′ - составляющая, обусловленная разностью намагничивающих токов трансформаторов тока в плечах защиты;

Iнб″ - составляющая, обусловленная регулировкой коэффициента трансформации защищаемого трансформатора с РПН (наш трансформатор без РПН);

Iнб″′ - составляющая, обусловленная невозможностью точной установки на коммутаторе реле РНТ и ДЗТ расчетных чисел витков (дробных) уравнительных обмоток.

Iнб' = kапер · kодн · e · Ik max

где kапер - коэффициент, учитывающий переходной режим, для реле с насыщающимся трансформатором тока будет равным 1;

kодн - коэффициент однотипности, kодн = 1,0;

e - относительное значение тока намагничивания, e = 0,1;

Ik max - максимальный ток КЗ на ВН;

Iнб = 1 · 0,1 · 933= 93,3 (А).

. Определим предварительный ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

с.з. ≥ кн · Iнб = 1,3 · 93,3= 121,3 (А)

где кн - коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, для реле РНТ он равен 1,3;

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания:

с.з. ≥ кн · Iн.тр = 1,3 · 98,31 = 127,8 (А)

где кн - коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания, для реле серии РНТ равен 1,3;

Iн.тр - номинальный ток трансформатора на ВН;

Берем ток срабатывания защиты Iс.з. = 121,3 (А).

.Производим предварительную проверку чувствительности защиты при повреждениях в зоне её действия:

.1. при двухфазном КЗ за трансформатором.

Расчетный ток в реле дифференциальной защиты для схемы треугольника с тремя реле равен:

Iр.мин = 1,5·Iк.мин.ВН/nт = 1,5·912/30 = 45,6 (А)

Ток срабатывания реле (предварительный) равен:

Iс.р. = Iс.з. · ксх/nт = 121,3·1,73/30 = 7 (А)

Предварительное значение коэффициента чувствительности равно:

кч = Iр.мин /Iс.р. = 45,6/7 = 6,5 > 2

. Определим число витков обмоток реле РНТ (методика расчета из л.6 стр.198):

№	Обозначение величины и расчетное выражение	Численное значение
1	Iс.р.неосн. (сторона ВН)	7 А
2	w неосн.расч =Fс.р. /Iс.р.неосн.	100/7 = 14,28 вит
3	wнеосн. (ближайшее меньшее число)	14 вит.
4	Iс.р.неосн. = Fс..р./wнеосн	100/14 = 7,14 А
5	Iс.з.неосн. (сторона ВН)	7,14·30/1,73 = 123,8 А
6	Iс.з.осн. (сторона НН)	123,8·37/6,3 = 727,08 А
7	w осн.расч = w неосн.·I2неосн. /I2осн	14 ·3,27/4,81 = 9,51 вит
8	wосн. (ближайшее целое число)	10
9	Iнб'''= (wосн.расч.- wосн.)·Iк.макс.ВН/wосн.расч.	(9,51-10)·933/9,51=48,07 А
10	Iнб с учетом Iнб″′	93,3 + 48,07 = 141,37
11	Iс.з.неосн. с учетом Iнб′″	1,3·141,37 = 173,78 >121,3
	Расчет повторяется для нового значения Iс.р.неосн.
12	Iс.р.неосн.	173,58·1,73/30 = 10 А
13	wнеосн.расч. = Fс.р./Iс.р.неосн.	100/10 = 10 вит.
14	wнеосн. (ближайшее меньшее число)	10 вит.
15	Iс.р.неосн. = Fс..р/wнеосн.	100/10 = 10 A
16	Iс.з.неосн. (сторона ВН)	10·30/1,73 = 173,4 А
17	Iс.з.осн. (сторона НН)	173,4·37/6,3 =1018,38 А
18	wосн.расч. = wнеосн.·I2неос.·I2осн.	10·3,27/4,81 = 6,8 вит.
19	wосн (ближайшее целое число)	7 вит.
20	Iнб′″	(6,8-7)·933/6,8=27,4 A
21	Iнб с учетом Iнб″′	93,3 + 27,4 = 120,7 А
22	Iс.з.неосн с учетом Iнб′″	1,3·120,7=156,9 < 173,4
23	Окончательно принятые числа витков: wосн. = wур.I wнеосн. = wур.II	7 вит. 10вит.
24	Проверка I2осн.· wосн. = I2неосн.· wнеосн..расч.	4,81·7 ≈ 3,27·10

. Окончательно коэффициент чувствительности равен:

кч = Iр.мин /Iс.р. = 45,6/10 = 4,56 > 2 что нас вполне удовлетворяет.

. Расчетная проверка трансформаторов тока на стороне 35 кВ типа ТВТ 35-I

.1. на 10 % погрешность.

Находим значение предельной кратности:

к10 = I1расч./I1ном.ТТ

где I1расч. - первичный расчетный ток, для дифференциальных защит принимается равным наибольшему значению тока при внешнем (сквозном) КЗ, А;

I1ном.ТТ - первичный номинальный ток трансформатора тока.

к10 = 933/150 = 6,22

По кривой предельной кратности для ТВТ 35-I при 150/5 находим допустимое значение сопротивления нагрузки Zн на трансформатор тока.

Zн = 0,35 (Ом)

Для двух последовательно включенных одинаковых вторичных обмоток трансформаторов тока Zн = 0,7 (Ом)

Фактическая расчетная вторичная нагрузка для принятой схемы:

Zн.расч. = 3 rпр. +3 zр + rпер

где rпр. - сопротивление соединительных проводов, при длине 15 м и сечении 4 мм2 сопротивление медных проводов:

rпр = L/γ·S = 15/ 57·4 = 0,07 (Ом);

zр - полное сопротивление реле, для РНТ-565 равно 0,1 Ом (л.5, стр.200);

rпер - переходное сопротивление контактов, берем ≈ 0,1 Ом;

Zн.расч = 3 · 0,07 + 3 · 0,1 + 0,1 = 0,61 (Ом)

Zн.расч. < Zн

.2.проверка надежной работы контактов

По значению Iк.макс = 933 (А) определяем кмакс.=Iк.макс./I1ном.ТТ = 933/150 = 6,22

Тогда значение обобщенного коэффициента А:

А = кмакс./к10 =6,22/1,3 = 4,78

По (л.6, стр.36) определим f = 67 %. Значения допустимых погрешностей для реле типа РНТ-565 не регламентируются.

.3. проверка по напряжению на выводах вторичной обмотки трансформатора тока:

U2макс = 1,41 · кмакс. · I2ном ·Zн.расч. < 1400 (В)

U2макс. = 1,41 · 6,22 · 5 · 0,61 = 26,75 (В) < 1400 (В)

3.6 Защита 4 - защита в начале линии 35 кВ

 

Принимаем к установке защиту с независимой время - токовой характеристикой на базе реле РСТ-13

Определим ток срабатывания защиты на стороне 35 кВ:

,

где кн = 1,1 - коэффициент надежности ( РСТ-13);

кв = 0,9 - коэффициент возврата ( РСТ-13);

Iр.макс. = Iавар. , (А) - максимальный возможный ток в линии, при срабатывании АВР равен сумме рабочих токов двух секций;

 А;

По условию согласования с предыдущими защитами :

I с.з. ≥ k н.с. · (I с.з.пред.макс. + ΣI р. ) ;

где k н.с. = 1,4 - коэффициент надежности согласования реле РСТ-13 с РТВ;с.з.пред.макс. - наибольший ток срабатывания предыдущей защиты, А;

ΣI р.- геометрическая сумма максимальных рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование;

I с.з. ≥ 1,4 · 3200· = 762,8 (А)

Принимаем к расчету наибольшее значение токов срабатывания МТЗ.

Токовую отсечку выполняем на реле РТМ. Тогда ток срабатывания отсечки на стороне 35 кВ с учетом защиты всей линии:

Iс.о. ≥ кн · I(3) к.мин. = 1,4 · 5359· = 1277,4 (А)

Принимаем к расчету Iс.о. = 1300 (А) и все расчеты сводим в таблицу 4.

Как видно из расчетов защита установленная в начале линии защищает всю линию, и поэтому необходимость установки защиты в конце линии перед силовым трансформатором отпадает.

Принимаем время срабатывания МТЗ tс.з. = 1,2 с.

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТВТ-35-I с nт= 250/5

1) Проверка на 10 % погрешность производится при токе срабатывания отсечки (250 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 7 (Ом) (л.6,стр.288)

Фактическое сопротивление нагрузки:

н.расч. = 2 rпр. + zртм + zрт + rпер. ,

где rпр. - сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 7 м и сечении 4 мм2, zртм - сопротивление реле РТМ, zрт - сопротивление реле РСТ-13-24, rпер. - сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр.  (Ом) zртм = (Ом)рт= (Ом)

н.расч. = 2 · 0,03 + 0,42 + 0,006 + 0,1 = 0,586 (Ом) < 3,8 (Ом), что соответствует погрешности ε < 10 % .

2) Проверяем надежность работы контактов токовых реле.

кмакс. =

При Zн.расч. = 0,586 (Ом) значение к10 доп = 21. Коэффициент

А =

По характеристике f=10..

) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 3,73 · 5 · 0,586 = 15,46 (В) < 1400 (В)

Таблица 4

п/п	Наименование		Обозначение и расчетная формула	Вычисленное значение
1	Максимальный рабочий ток, А		Iм	150,9
2	Коэффициент трансформации трансформатора тока		nТ	250/5
3	Минимальное значение тока трехфазного КЗ в зоне защиты	Основной, А	Iк1(3)	11365
		Резервной, А	Iк2(3)	2350
4	Сквозной ток КЗ или пусковой ток (для двигателя) при пуске от полного напряжения, А		Iк(3)
5	Расчетные коэффициенты	Самозапуска	Ксзп
		Схемы включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,1
		Возврата реле	Кв	0,9
6	Ток срабатывания реле	Расчетный, А		15,24
		Принятый, А	iср	16
		Первичный, А	Iсз=iср´nТ	800
7	Чувствительность защиты	В зоне основной защиты	Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсз	12.35
		В зоне резервной защиты	Кч=0.87 Iк2(3)/ Iсз
		За трансформатором	Кч=0.5 Iк2(3)/ Iсз	2.5
8	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	2 РСТ-13-24
		Пределы уставки тока реле, А	от 5 до 20
9	Принятая уставка времени защиты, с		t	2,4
10	Выбрано реле времени	Тип и пределы уставки, с	-	ЭВ 225
11	Расчетные коэффициенты	Схема включения реле	Ксх	1
		Надежности	Кн	1,4
12	Ток срабатывания отсечки	Расчетный, А		26
		Принятый, А	iсро	26
		Первичный, А	Iсзо=iсро´nТ	1300
13	Кратность тока срабатывания отсечки		iсро/iср	50
14	Чувствительность защиты (отсечки) при I(3) к= 11365 (А)		Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсзо	7,6
15	Чувствительность защиты (отсечки) при I(3) к= 2350 (А)			1,57
15	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-	2 РТМ-II
		Пределы уставки тока реле, А	от 5 до 20

4. Построение карты селективности

На карте селективности строятся характеристики всех защит начиная с наименьшего тока срабатывания, приведенные к одному напряжению (в нашем случае к 6 кВ). Они строятся по типовым характеристикам. Расчетные точки построения характеристик сведены в таблицу.

, где к - кратность тока %      

) Защита 1: реле РТ-95, nт =250/5, Iс.р. = 7 (А), ксх. =1.

к	200	300	400	500	600	700	800
tс.з., с	0,8	0,65	0,62	0,60	0,55	0,52	0,50
Iк, А	700	1050	1400	1750	2100	2450	2800

) Защита 2: реле РСТ-13-29, nт=600/5, Iс.р. = 19 (А), ксх = 1, Iс.з. = 2280 (А), Iс.о. = 2500 (А).

) Защита 3: реле РТВ-III, nт = 800/5, Iс.р. = 20 (А), ксх = 1, Iс.о. = 4200

к	110	120	140	150	160
tс.з., с	4,5	3,2	1,5	1,25	1
Iк, А	3520	3840	4480	4800	5120

4) Защита 4: реле РСТ-13-24, nт=250/5, Iс.р. = 3 (А), ксх = 1, Iс.з. = 800 (А), Iс.о. = 1300 (А).

 

5. Выбор времени срабатывания МТЗ

По условию селективности время срабатывания последующей защиты по отношению к предыдущей определяется по формуле:

tс.з.посл. = tс.з.пред. + ∆ t:

∆ t - ступень селективности ( для защит с зависимой характеристикой (РСТ-13) выбирается равным 0,5с);

Защита 1: tс.з.1=0,5 с

Защита 2: tс.з.2 = tс.з.1 +∆ t = 0,5+0,5=1,0 с;

Защита 3: tс.з.3 = tс.з.2 + ∆ t = 1,0 + 0,5 = 1,5 с;

Защита 4: tс.з.4=2,0 с

6. Проверка допустимости выбранного времени срабатывания защиты по условию термической стойкости воздушной линии

Минимальное сечение ВЛ по условию термической стойкости:

Sмин ,

где B - импульс квадратичного тока;

С - постоянный коэффициент, который зависит от материала проводов, начальной и конечной температуры эксплуатационного режима, СAl = 91;

tотк. = tс.з. + tо.в. - время отключения равное сумме времени срабатывания защиты и отключения выключателя.

tотк. = tс.з. + tо.в = 1,2 + 0,1 = 1,3 (с)

При расчете берется значение тока КЗ в начале линии Iк = 11365 (А), т.к. оно больше значения тока КЗ в конце линии, которое рассчитывают с учетом сопротивления самой ВЛ.

Но ток срабатывания отсечки защиты 4 (Iс.о. = 1300 А) меньше токов КЗ в начале и в конце линии. Следовательно, минимальное сечение ВЛ по условию термической стойкости по токам КЗ линии можно не рассчитывать. Проверим минимальное сечение ВЛ по условию термической стойкости по токам КЗ за трансформатором в случае не срабатывания защиты 3:

Sмин  мм2

Как видно предварительно выбранное сечение проводов ВЛ (25 мм2) удовлетворяет условию термической стойкости.

В случае не срабатывания выключателя в начале линии и при согласовании этой защиты с дальнейшей защитой системы придется выбирать сечение линии из условия:

Sмин  мм2

 

7. Оценка эффективности и надежности срабатывания реле в защитах

 

Рассмотрим работу схемы электроснабжения нашего предприятия с учетом оценки эффективности и надежности срабатывания защит. Для удобства анализа все токи приведены к напряжению 6 кВ.

Например, при наличии КЗ в точке К4 за автоматом, когда он не срабатывает, с током Iк.  = 572,06 (А) срабатывает защита 1 с Iс.з. = 350 (А) через время tс.з. = 0,5 (с). Также эта защита (токовая отсечка, Iс.о. = 1000 А) срабатывает при КЗ на выводах ВН трансформатора с Iк = 5359 (А).

При наличии КЗ на сборных шинах 6 кВ (рассматриваем самый тяжелый случай, когда сработал АВР и на момент КЗ обе секции запитаны от одного трансформатора) подключенной при помощи АВР секции первым срабатывает защита 2 (токовая отсечка, Iс.о. = 2500 А) секционного выключателя через время tс.о. = 0,4 (с), а при его отказе ¾ защита 3 (токовая отсечка, Iс.о. = 3200 А).

При наличии КЗ на линии Л1 ( в конце линии Iк =2350 А, в начале линии Iк = 11365 А) сработает защита 4 (токовая отсечка, Iс.о. = 1300 А), а при не срабатывании предыдущих защит на ток КЗ точки К 3 Iк = 5359 (А) сработает МТЗ защиты 4 (Iс.з. = 350 А) через время tс.з. = 1,2 (с).

Рассмотрим случай КЗ на линии Л 2. Тогда после отключения выключателя в начале линии токовой отсечкой защиты 4 сработает на отключение выключателя защиты 3 делительная защита минимального напряжения ДЗН с целью предотвращения включения АВР на неустранившееся КЗ в линии Л 2, и только после отключения выключателя защиты 3 включится секционный выключатель резервного питания. В целях ускорения действия АВР не ждем успешного срабатывания АПВ питающей (рабочей) линии. В случае самоустранившегося КЗ включение рабочего выключателя защиты 3 линии Л 2 после восстановления напряжения АПВ линии производится с выдержкой времени, равной 15 с для того чтобы убедится в полной исправности рабочего источника. Еще через 4 с отключается секционный выключатель и через 19 с восстанавливается нормальная схема подстанции.

8. Расчет основных параметров системы автоматики (АПВ, АВР)

В соответствии с “ПУЭ” устройствами автоматического повторного включения (АПВ) должны оборудоваться воздушные и смешанные (кабельно-воздушные) линии, сборные шины, понижающие трансформаторы и др.

Время срабатывания однократного АПВ определим по следующим условиям:

t1АПВ ³ tг.п. + tзап = 0,34 + 0,5 = 0,84 (с).,

где tг.п. = 0,34 (с) - время готовности привода;

t зап. = 0,5 (с) - время запаса;

t2АПВ ³ tДЗН + tзап. = 0,7 + 0,5 = 1,3

где tДЗН » 0,7 (с)- максимальное время действия делительной защиты.

Как видно выдержка времени получилась небольшая и для наиболее вероятного самоустранения причин, вызвавших неустойчивое КЗ (падение деревьев, набросы веток и других предметов, приближение к проводам передвижных механизмов), а также для деионизации среды в месте КЗ принимаем время срабатывания однократного АПВ равным 3 (с). “ПУЭ” допускают увеличение выдержки времени с целью повышения эффективности действия этих устройств.

Литература

1. Барыбин Ю.Г., Федоров Л.Е ''Справочник по проектированию электроснабжения'', Москва ''Энергоатомиздат'' 1990г.

. Федосеев А.М. ''Релейная защита электрических систем'', Москва ''Энергия'' 1976г.

.“Справочник по электроснабжению и электрооборудованию”, под общей редакцией Федорова А.А., Москва: “Энергоатомиздат” 1986.

. Чернобровов Н.В. ''Релейная защита'', Москва ''Энергия'' 1967г.

. Шабад М.А. ''Расчет релейной защиты и автоматики распределительных сетей'', Ленинград ''Энергоатомиздат'' 1985г.

. Шабад М.А. “Защита трансформаторов распределительных сетей”, Москва ''Энергия'' 1989г.

. Шабад М.А. “Максимальная токовая защита”, Ленинград ''Энергоатомиздат'' 1991г

. Шабад М.А. “Релейная защита и автоматика на электроподстанциях, питающих синхронные двигатели”, Ленинград ''Энергоатомиздат'' 1984г

п/п	Наименование		Обозначение и расчетная формула	Вычисленное значение
1	Максимальный рабочий ток, А		Iм
2	Коэффициент трансформации трансформатора тока		nТ
3	Минимальное значение тока трехфазного КЗ в зоне защиты	Основной, А	Iк1(3)
		Резервной, А	Iк2(3)
4	Сквозной ток КЗ или пусковой ток (для двигателя) при пуске от полного напряжения, А		Iк(3)
5	Расчетные коэффициенты	Кратность максимального тока	Кр
		Схемы включения реле	Ксх
		Надежности	Кн
		Возврата реле	Кв
6	Ток срабатывания реле	Расчетный, А
		Принятый, А	iср
		Первичный, А	Iсз=iср´nТ
7	Чувствительность защиты	В зоне основной защиты	Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсз
		В зоне резервной защиты	Кч=0.87 Iк2(3)/ Iсз
		За трансформатором	Кч=0.5 Iк2(3)/ Iсз
8	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-
		Пределы уставки тока реле, А	от до
9	Принятая уставка времени защиты, с		t
10	Выбрано реле времени	Тип и пределы уставки, с	-
11	Расчетные коэффициенты	Схема включения реле	Ксх
		Надежности	Кн
12	Ток срабатывания отсечки	Расчетный, А
		Принятый, А	iсро
		Первичный, А	Iсзо=iсро´nТ
13	Кратность тока срабатывания отсечки		iсро/iср
14	Чувствительность защиты (отсечки)		Кч=0,87 Iк1(3)/ Iсзо
15	Выбрано токовое реле	Количество и тип	-
		Пределы уставки тока реле, А	от до