Захист елементів розподільчої мережі

Захист елементів розподільчої мережі

ВИХІДНІ ДАНІ

,,,, , l=0,4 км. Сумарна довжина приєднаної мережі НН: ПЛ - 45 км, КЛ - 11 км. Для двоступеневого струмового захисту реле РТ-85, для захисту від замикань на землю РТЗ-50. ГПП виконана з вимикачами 35 кВ.

1. РОЗРАХУНОК СТРУМІВ ПРИ ТРИФАЗНОМУ І ДВОФАЗНОМУ КЗ ДЛЯ ПОЧАТКОВОГО МОМЕНТУ ЧАСУ

струм замикання трансформатор

1.1 Розрахунок струмів при к.з. на шинах низької напругитрансформатора (точка К2)

Опір системи максимальному режимі:

 (1.1)

Опір системи в мінімальному режимі:

 (1.2)

Опори трансформатора Т1:

 (1.3)

 (1.4)

 (1.5)

Напруга на крайніх положеннях РПН:

 (1.6)

 (1.7)

Струми в трансформаторі при номінальній напрузі, на крайніх додатному та від'ємному положеннях РПН відповідно:

 (1.8)

 (1.9)

 (1.10)

Коефіцієнти трансформації трансформатора на крайніх додатному тавід'ємному положеннях РПН відповідно:

 (1.11)

 (1.12)

Максимальний та мінімальний аварійні струми, що проходять через трансформатор при трифазному к.з. на шинах 10 кВ, приведений до напруги 35кВ:

 (1.13)

 (1.14)

Коефіцієнт завантаження трансформатора:

 (1.15)

Дійсні струми, що проходять через трансформатор на стороні ВН (для максимального режиму враховується струм навантаження):

 (1.16)

 (1.17)

Струми, що проходять через трансформатор на стороні НН:

 (1.18)

 (1.19)

.2 Розрахунок струмів при к.з. в кінці лінії, яка захищається (точка К3)

Вибираємо кабель за струмом навантаження лінії :

 (1.20)

Вибираємо кабель ААШв-10-3x50 з параметрами лінії:

Опір лінії:

 (1.21)

 (1.22)

Опір "система-трансформатор" приведений до напруги 10кВ:

 (1.23)

 (1.24)

Струми к.з. в місці замикання в максимальному та мінімальному режимах:

 (1.25)

(1.26)

.3 Розрахунок струмів при к.з. в кінці понижуючого трансформатора(точка К4)

Опір трансформатора:

 (1.27)

Струми к.з. в місці замикання в максимальному та мінімальному режимах:

 (1.28)

 (1.29)

2. РОЗРАХУНОК ЗАХИСТУ МЕРЕЖІ 10 кВ

.1 Розрахунок захисту трансформатора Т2

Захист здійснюється плавкими запобіжниками.

Номінальний струм трансформатора на стороні 10 кВ:

  (2.1)

Струм плавкої вставки вибирається з умови:

 (2.2)

Вибираємо запобіжник ПКТ 104-10-200 на напругу 10 кВ з номінальним струмом плавкої вставки 200 А та номінальним струмом вимкнення 31,5 кА рис. Д-5 [1].

Час спрацювання запобіжника згідно рис. Д-5 [1]  с.

.2 Розрахунок ступеневого струмового захисту лінії

Схему з’єднання трансформаторів струму та реле приймаємо двофазну трирелейну, для якої коефіцієнт схеми К_сх.л=1.

Номінальний струм лінії:

 (2.3)

Коефіцієнт трансформації ТС:

З метою збільшення надійності захисту для зменшення повних похибок, ТС приймаємо з дещо завищеним коефіцієнтом трансформації порівняно з розрахунковими, тим самим зменшуємо кратність струмів к.з. і одночасно не обмежується можливе допустиме тривале перевантаження силового трансформатора. ТС не допускають тривале проходження робочих струмів більших, ніж номінальний. Приймаємо ТС ТЛМ-10 з К_Іл=300/5 рис.В.2 [2].

Для лінії приймаємо кабель ААШв-10-3х50 з алюмінієвими жилами з паперовою ізоляцією, для якого І_тр.доп=140 А.

2.2.1 Розрахунок струмової відсічки

Струм спрацювання вибирається більшим з умов:

 (2.5)

 (2.6)

де  - коефіцієнт відлагодження, =1,3; =5;  - сума номінальних струмів трансформаторів приєднаних до даної лінії. Приймаємо .

Мінімальний коефіцієнт чутливості при двофазному к.з. в кінці лінії:

 (2.7)

.2.2 Розрахунок максимального струмового захисту

Опір еквівалентного навантаження:

 (2.8)

Еквівалентний опір:

 (2.9)

Струм самозапуску двигунів:

 (2.10)

Коефіцієнт самозапуску:

 (2.11)

Струм спрацювання МСЗ:

 (2.12)

де =1,1; =0,8; - коефіцієнт самозапуску, який враховує збільшення струму навантаження в післяаварійному режимі або після дії АВР за рахунок самозапуску двигунів; - найбільший струм навантаження лінії,  А.

Попередньо приймаємо  А.

Вибираємо реле РТ-85.

Мінімальний коефіцієнт чутливості при двофазному к.з. в основній зоні:

 (2.13)

Мінімальний коефіцієнт чутливості при двофазному к.з. в зоні резервування:

 (2.14)

МСЗ є чутливим.

Час спрацювання МСЗ:

 (2.15)

де  - час спрацювання попереднього суміжного елемента (віддаленішого від джерела), в нашому випадку це час спрацювання запобіжника ; Дt - ступінь селективності, для реле РТ-85  с;

 (2.16)

Струм спрацювання реле для СВ:

 (2.17)

Струм спрацювання реле для МСЗ:

 (2.18)

На шкалі уставок РТ-85/1 виставляється більша ближча величина А.

Регулювальний гвинт відсічки виставляється в положення:

 (2.19)

Розраховуємо характеристики часу спрацювання МСЗ.

Таблиця 2.1

Таблиця 2.1

 (2.20)

де К - кратність , визначена за типовою характеристикою;  - струм спрацювання реле;  - коефіцієнт трансформації трансформатора;  коефіцієнт схеми.

Ампер-секундні характеристики для запобіжника і реле наведено на рис.2.1.

Рисунок 2.1 - Погодження захистів

Захист є неселективний.

Струм спрацювання реле для СВ:

 (2.21)

Струм спрацювання реле для МСЗ:

 (2.22)

На шкалі уставок РТ-85/1 виставляється величина А.

Регулювальний гвинт відсічки виставляється в положення:

 (2.23)

Розраховуємо характеристики часу спрацювання МСЗ.

Таблиця 2.3

Ампер-секундні характеристики для запобіжника і реле наведено на рис.2.2.

Рисунок 2.2 - Погодження захистів

.2.3 Розрахунок захисту від замикань на землю

Захист виконаємо на реле РТЗ-50.

Власний ємнісний струм кабельної лінії:

 (2.24)

де  - ємнісний струм на 1 км довжини кабеля (табл. Д-3 [1]);  - довжина лінії.

Найменший сумарний ємнісний струм мережі:

 (2.25)

де ,  - сумарна довжина електрично зв’язаних повітряних і кабельних ліній відповідно, км;

Струм спрацювання захисту:

 (2.26)

де , - коефіцієнти, що враховують кидок власного ємнісного струму при зовнішніх замиканнях на землю.

За таблицею Д-5 [1] при ТС ТЛМ для реле РТЗ-50 при уставці 0,03 А  А.

, отже

Коефіцієнт чутливості:

 (2.27)

Оскільки , то чутливість захисту не забезпечується. Вибираємо захист ЗЗП-1.

Струм спрацювання захисту:

 (2.28)

Приймаємо попередньо уставку «2» з  А, для якої чутливість:

 (2.29)

Оскільки , то захист вважаємо чутливим, і попередньо прийняту уставку «2» приймаємо остаточно.

3. РОЗРАХУНОК ЗАХИСТУ ТРАНСФОРМАТОРА Т1

.1 Вибір ТС та схеми їх з’єднань

Приймаємо трирелейну схему диференційного захисту

Номінальні струми відповідно на стороні ВН та НН трансформатора:

Для компенсації струмового зсуву ТС на стороні 35 кВ з’єднані трикутником, а на стороні 10 кВ - в неповну зірку, тоді коефіцієнти трансформації ТС:

  (3.3)

 (3.4)

Приймаємо на сторону ВН ТС ТВТ-35 з , а для сторони НН - ТЛМ-10 з .

3.2 Розрахунок максимального струмового захисту

МСЗ відлагоджується від сумарного струму навантаження свого трансформатора і струму самозапуску навантаження другого трансформатора.

Опір узагальненого трансформатора при самозапуску віднесений до сторони ВН:

 (3.5)

де - опір узагальненого навантаження віднесений до повної номінальної потужності в МВА з врахуванням того, що навантаження одного фідера становить   - коефіцієнт завантаження:

 (3.6)

Струм самозапуску навантаження (найбільший при меншому опорі трансформатора):

 (3.7)

Робочий максимальний струм першого трансформатора:

 (3.8)

Первинний струм спрацювання МСЗ:

 (3.9)

де  - прийнятий замість рекомендованого 1,2 внаслідок приблизного визначення струму самозапуску.

МСЗ відлагоджується від струмів самозапуску навантаження при тривалій роботі одного трансформатора з перевантаженням 40% (робота одного трансформатора з 40%-вим перевантаженням в режимі к.з. в мережі 10 кВ з наступним самозапуском навантаження). Тобто розглядаємо самозапуск навантаження обох секцій після к.з. в мережі 10 кВ в режимі роботи трансформатора з 40%-вим перевантаженням.

Мінімальний опір узагальненого навантаження при самозапуску:

 (3.10)

Струм самозапуску:

 (3.11)

Для даного режиму первинний струм спрацювання МСЗ визначається з врахуванням , бо при КЗ в мережі реле можуть спрацьовувати і замикати свої замикаючі контакти.

 (3.12)

Струм спрацювання n-го приєднання, найбільшого з N працюючих паралельно:

 (3.13)

де  - коефіцієнт трансформації трансформатора;

Сумарний робочий максимальний струм інших приєднань:

 (3.14)

 (3.15)

Приймаємо більший з трьох розрахованих струмів, тобто .

 (3.16)

Вибираємо реле РТ 40/25.

Коефіцієнт чутливості, при двофазному к.з. за трансформатором:

 (3.17)

Оскільки , то МСЗ не чутливий. Приймаємо комбінований МСЗ з пуском за напругою.

Струм спрацювання захисту відлагоджується від максимального струму навантаження, що становить  без врахування самозапуску навантаження, тобто , а відлагодження від струмів самозапуску здійснюється пусковим органом напруги:

 (3.18)

Приймаємо  А, для селективної роботи МСЗ.

Коефіцієнт чутливості МСЗ, згідно (3.16):

 (3.19)

Час спрацювання МСЗ, за умови виконання його з двома витримками часу: перша ступінь вимикає вимикач зі сторони НН з витримкою часу , а друга - вимикач зі сторони живлення з витримкою часу .

 (3.20)

, (3.21)

де  - час спрацювання секційного вимикача:

, (3.22)

 - ступінь селективності, с; - максимальна витримка часу попередніх захистів;

 (3.23)

Струм спрацювання реле:

 (3.24)

Вибираємо реле РТ-40/10.

Комбінований пусковий орган напруги складається з фільтра напруги зворотної послідовності з реле максимальної напруги і реле мінімальної напруги, котушка якого ввімкнена на лінійну напругу через розмикаючий контакт фільтр-реле (для понижувальних трансформаторів).

Первинна напруга спрацювання фільтр-реле зворотної послідовності відлагоджується від напруги небалансу в нормальному режимі:

 (3.25)

Напруга спрацювання фільтр-реле:

 (3.26)

де  - коефіцієнт трансформації вимірювального ТС, .

що відповідає мінімальній уставці реле типу РНФ-1М з межами уставок 6..12 В (при вмиканні реле на лінійну напругу).

Напруга зворотної послідовності в місці встановлення захисту при металічному двофазному к.з. на шинах 10 кВ:

 (3.27)

Коефіцієнт чутливості фільтр-реле:

 (3.28)

Первинна напруга спрацювання реле мінімальної напруги визначається з умови надійного повернення (при якому розмикається контакт) при мінімальній залишковій напрузі, від якої живляться ці реле, в процесі самозапуску двигунів навантаження після вимкнення зовнішнього к.з.:

 (3.29)

де  - коефіцієнт відлагодження;  - коефіцієнт повернення; для реле РН-50 , ;  - мінімальна залишкова напруга, яка буде при мінімальному режимі системи і максимальному опорі трансформатора з РПН:

 (3.30)

 (3.31)

Напруга спрацювання реле:

 (3.32)

Приймаємо реле типу РН-54/60.

Максимально можлива величина напруги на перехідному опорі електричної дуги:

 (3.33)

де  - довжина дуги, м.

В момент виникнення дуги вона дорівнює віддалі між струмопровідними частинами, але з часом внаслідок її роздування вона збільшується. Приймаючи, що витримка часу більше 1 секунди, приблизно приймається, що її довжина збільшується в 3...4 рази. Протягом 1 секунди довжина збільшується приблизно в 2 рази.

Приймаючи віддаль між фазами 0,2 м:

Коефіцієнт чутливості для комбінованого пускового органу:

 (3.34)

Оскільки  то чутливість забезпечується.

3.3 Розрахунок диференційного струмового захисту

Спочатку перевіряємо можливість застосування простішого диференційного захисту без гальмування з реле серії РНТ-560, і якщо його мінімальний коефіцієнт чутливості менше двох, то застосовуємо диференційний захист з гальмуванням з реле серії ДЗТ.

Первинний струм спрацювання диференційного захисту вибирається з двох умов:

 (3.35)

де  - найбільший струм, який відповідає номінальній потужності найпотужнішої обмотки трансформатора (див. п.1.1);  для реле серії РНТ-560 і 1,5 - для серії ДЗТ;

б) З умови відлагодження від розрахункового максимального струму небалансу :

 (3.36)

де  - струм небалансу обумовлений повною похибкою ТС е;  - струм небалансу обумовлений похибкою регулювання напруги ;  - струм небалансу обумовлений похибкою від неточного вирівнювання МРС в реле .

За даною умовою:

 (3.37)

де  для РНТ-560,  для ДЗТ; - коефіцієнт що враховує перехідний режим струмів к.з. (наявність аперіодичної складової струму), при наявності в реле НТС ;  - коефіцієнт однотипності ТС, при різних типах ТС ;  - допустима відносна повна похибка ТС (відносна величина струму намагнічування в усталеному режимі);  - відносна похибка, обумовлена регулюванням напруги, приймається рівній половині сумарного діапазону регулювання, при цьому вибір кількості витків НТС реле здійснюється за номінальною напругою;- найбільший струм зовнішнього трифазного к.з.;  - відносна похибка від неточного вирівнювання величин струмів плеч захисту (неточного вирівнювання МРС в реле з НТС внаслідок неможливості точного встановлення на реле розрахункової кількості витків ):

 (3.38)

де  - прийнята (встановлена) замість розрахункової кількості витків.

Спочатку визначаємо  за формулою (3.37) без врахування складової струму небалансу від неточного вирівнювання, і більшу з величин, приймають за розрахункову:

Приймаємо  А.

Визначаємо вторинні номінальні циркулюючі струми, при цьому враховується, що ТС 35 кВ з'єднанні в трикутник, а ТС 10 кВ - в неповну зірку:

 (3.39)

 (3.40)

Попередньо перевіримо можливість використання реле РНТ-560 без гальмування. Для цього визначимо струм спрацювання реле, приведений до сторони 35 кВ:

 (3.41)

Коефіцієнт чутливості при двофазному к.з. на стороні 10 кВ:

 (3.42)

Оскільки  тому розрахунок продовжуємо з використанням реле РНТ-560.

Плече з більшим вторинним струмом 10 кВ приймаємо за основну сторону і вмикаємо до робочої (диференційної) обмотки реле.

Струм спрацювання реле основної сторони:

 А. (3.43)

Розрахункова кількість витків основної сторони:

, (3.44)

де  - магніторушійна сила (МРС) спрацювання реле серії РНТ-560 і ДЗТ-11 (при відсутності гальмування, ),  А;

 витка.

Приймаємо  витків.

ТС 35 кВ неосновної сторони ввімкнені до першої вирівнювальної і до робочої обмотки реле.

Загальна кількість витків неосновної сторони визначається з рівності МРС в реле в нормальному режимі навантаження і при зовнішньому к.з:

 витка. (3.45)

Приймаємо  витків.

Відносна похибка від неточного вирівнювання МРС в реле згідно (3.38):

.

Похибка знаходиться в допустимих межах.

Для двообмоткових трансформаторів можна використовувати вимірювальну обмотку як робочу. В такому випадку:

 витки.

Уточнений мінімальний коефіцієнт чутливості:

, (3.46)

де  - мінімальна МРС в реле при к.з. в зоні захисту. При двофазному к.з. на стороні трикутника трансформатора:

. (3.47)

Оскільки , то диференційний захист чутливий.

3.4 Розрахунок захисту від перевантажень

Струм спрацювання, захисту встановленого зі сторони ВН, виконаного одним реле:

 (3.48)

де ; .

Час спрацювання захисту:

 (3.49)

Струм спрацювання реле:

 (3.50)

Приймаємо реле РТ-40/10 і реле часу РВ-123.

4. ПЕРЕВІРКА ТРАНСФОРМАТОРІВ СТРУМУ

4.1 Перевірка ТС захисту лінії

Було прийнято ТС ТЛМ-10 з  (див. п.2.2), захист виконано на реле струму РТ-85 на змінному оперативному струмі, схема з’єднання трансформаторів струму та реле двофазна трирелейна.

Перевірка на 10%-ву похибку здійснюється за розрахунковою умовою СВ та МСЗ.

Гранична кратність:

 (4.1)

 (4.2)

де  - номінальний струм первинної обмотки ТС,  - відповідає струму кз, при якому здійснюється погодження за часом наступного і попереднього захисту та визначається ступінь селективності.

За кривими граничної кратності рис.В.2 [2] для ТС типу ТЛМ-10 з  класу точності Р при  визначаємо допустиме навантаження  Ом, та при  -  Ом.

Перевірку на 10%-ву похибку здійснюється за розрахунковою умовою МСЗ, оскільки вона важча ніж в СВ (отримуються менші допустимі навантаження ).

Фактичне розрахункове вторинне навантаження для прийнятої схеми:

 (4.3)

де  - опір алюмінієвих проводів при довжині  м, перерізі  та питомій провідності алюмінію :

 (4.4)

 - опір усіх реле приєднаних до ТС:

 (4.5)

де  - опір реле струму РТ-85/1, який визначається за споживаною потужністю реле  ВА при струмі уставки,  А.

Отже, перевірка виконується.

Для перевірки надійної роботи контактів струмових реле максимального захисту за струмом  визначаємо максимальну кратність струму к.з. на початку захисної ділянки:

 (4.6)

За відповідною кривою  (рис.В.2 [2]) за розрахунковим навантаженням  визначаємо .

Узагальнений коефіцієнт:

 (4.7)

За кривою  (рис.7 [2]) , тобто надійна робота контактів забезпечується.

Амплітудна величина напруги на виводах вторинної обмотки ТС:

 (4.8)

4.2 Перевірка ТС на ВН трансформатора

Було прийнято ТС ТВТ-35 ІІІ з  (див. п.3.1), захист виконано на змінному оперативному струмі з використанням реле струму РТ-40/10, проміжного реле РП-321, реле часу РВМ-12 для МСЗ і РНТ-560 для диференційного захисту; схема вмикання - трикутник з трьома реле.

Перевірка на 10%-ву похибку.

Гранична кратність, при струмі спрацювання МСЗ та диференційного захисту відповідно, згідно (4.1) :

 (4.9)

 (4.10)

За кривими граничної кратності рис.В.4 [2] для ТС типу ТВТ-35 ІІІ з  класу точності Р при - Ом.

Фактичне розрахункове вторинне навантаження для прийнятої схеми:

 (4.11)

де  - опір мідних проводів при довжині  м, перерізі  та питомій провідності міді ;  - опір усіх реле приєднаних до ТС:

 (4.12)

де  - опір реле струму РТ-40/10, визначається за споживаною потужністю реле  ВА при мінімальній уставці  А ( А), згідно (4.5); опір струмового диференційного реле типу РНТ-560 приблизно приймається Ом;

 Ом,

 Ом  Ом.

Отже перевірка виконується.

Для перевірки надійної роботи контактів струмових реле максимального захисту за струмом  визначаємо максимальну кратність струму к.з. на початку захисної ділянки, згідно (4.6):

За відповідною кривою  (рис.В.4[2]) за розрахунковим навантаженням  Ом визначаємо .

Узагальнений коефіцієнт, згідно (4.7):

За кривою  (рис.7 [2]) , тобто надійна робота контактів забезпечується.

Амплітудна величина напруги на виводах вторинної обмотки ТС, згідно (4.8):

4.3 Перевірка ТС на НН трансформатора

Було прийнято ТС ТЛМ-10 з  (див. п.3.1).

Перевірка на 10%-ву похибку.

Струм спрацювання захисту на стороні НН трансформатора:

, (4.13)

де  - струм спрацювання реле дифзахисту, А (див. п.3.3 формула (3.43)).

 А.

Гранична кратність, згідно (4.1):

. (4.14)

За кривими граничної кратності рис.В.2 [2] для ТС типу ТЛМ-10 з  класу точності Р при  визначаємо допустиме навантаження  Ом.

Фактичне розрахункове вторинне навантаження для прийнятої схеми:

, (4.15)

де  - опір алюмінієвих проводів при довжині  м, перерізі  та питомій провідності алюмінію  , згідно (4.3);  - опір усіх реле приєднаних до ТС, Ом;

 Ом,

 Ом  Ом.

Отже, перевірка виконується.

Для перевірки надійної роботи контактів струмових реле максимального захисту за струмом  А визначаємо максимальну кратність струму к.з. на початку захисної ділянки, згідно (4.6):

.

За відповідною кривою  (рис.В.2 [2]) за розрахунковим навантаженням  Ом визначаємо .

Узагальнений коефіцієнт, згідно (4.7):

.

За кривою  (рис.7 [2]) , тобто надійна робота контактів забезпечується.

Амплітудна величина напруги на виводах вторинної обмотки ТС, згідно (4.8):

 В  В.

Оскільки усі умови перевірок виконуються, то ТС вибрано вірно для усіх захистів.

перелік посилань

1. Основи релейного захисту та автоматики. Методичні вказівки до виконання контрольної роботи на тему: “Розрахунок захисту ліній напругою 6(10)кВ розподільчих мереж” для студентів спеціальності (6.090600) “Електротехнічні системи електропостачання” усіх форм навчання./ А.В. Гадай. Луцьк: ЛДТУ, 2003. - 51с.

. Основи релейного захисту та автоматики. Методичні вказівки до самостійних занять на тему: “Перевірка трансформаторів струму, які працюють в колах РЗА” для студентів спеціальності (6.090600) “Електротехнічні системи електропостачання” усіх форм навчання./ А.В. Гадай. Луцьк: ЛДТУ, 2004. - 36с.

. Релейний захист і автоматика. Методичні вказівки щодо виконання курсової роботи для студентів енергоощадного та заочного факультетів зі спеціальності (7.090603) «Електротехнічні системи електроспоживання». / А.В. Гадай. Луцьк: ЛДТУ, 2001.-71 с.