Релейная защита и автоматика

Релейная защита и автоматика

1. Исходные данные

Мощность ТЭЦ S_тэц = 450 МВА;

Мощность кз S_кз = 400 МВА;

Напряжение ТЭЦ U_тэц = 6.3 кВ;

Ток (А) и реак.сопр. (Ом) реактора РБА-6(10)кВ =1000-0,22;

Кабельная линия ТЭЦ-ГРП-1 3ААБ6(10)-(3×240) l_{тэц-грп1} = 4.0 км;

Асинхронные двигатели 0,4(0,69) кВ, АД1/АД2,кВт = 11/132 кВт;

Кабельная линия ГРП-1, ГРП-2 2ААБ6(10)-(3×185) l_грп = 1.6 км;

Мощность цеховых трансформаторов S_тр.тп = 1000 кВА;

Напряжение вторичное цеховых п/ст U2 = 0,4 кВ;

Асинхронные, синхронные двигатели 6(10)кВ, кВт = 2000 кВт.

Выполняемый объем расчетов РЗА:

1.   Цеховой трансформатор;

2.      АД, СД 6/10 кВ ;

.        АД1, АД2 0,4/0,69 кВ .

Таблица 1 - Технические данные асинхронных и синхронных двигателей напряжением 6 и 10 кВ

Таблица 2 - Технические данные цеховых трансформаторов 6-10 кВ

2. Расчет токов короткого замыкания

Для расчета токовых отсечек, дифференциальной защиты трансформатора ГПП и проверки выбранных токовых защит по чувствительности необходимо предварительно произвести расчет тока короткого замыкания. Для этого составляем схему замещения.

2.1 Определяем индуктивные сопротивления элементов электроснабжения

Х_*тэц = S_с / S_кз

Х_*тэц = 450 / 400 = 1.125 о.е.

Х_*реак = Х_ном · S_б / U²_ср

Х_*реак = 0,22·1000/6.3²=5.54 о.е.

Х_*кб = Х_уд · L · S_б / U²_ср

Х_*кб1 = 0,08 · 4 · 1000 / 6.3² = 8.16 о.е.

Х_*кб2 = 0,08 · 1.6 · 1000 / 6.3² = 3.23 о.е.

Х_*кб3 = 0,08 · 0.5 · 1000 / 6.3² = 1.01 о.е.

Х_*тртп = U_к / 100 · S_б / S_ном.тр

Х_*тртп = 5,5 / 100 · 1000 / 1 = 55 о.е.

Х_{*экв к-1} = Х_*тэц

Х_{*экв к-1} = 1.125 о.е.

Х_{*экв к-2} = Х_*тэц + Х_*реак + Х_*кб1

Х_{*экв к-2} = 1.125 + 5.54 + 8.16 = 20 о.е.

Х_{*экв к-3} = Х_{*экв к-2} + Х_*кб3

Х_{*экв к-3} = 20 + 3.23+55 = 73.23

2.2 Рассчитываем ток короткого замыкания

I _{*кз к-1} = Е_*с / Х_{*экв к-2} = 1 / 6.3 = 0.16 о.е.

I_б = S_б /Ö3 · U_ср = 1000 / Ö3 · 6.3 = 91.75 кА

I⁽³⁾_{кз к-1} = I _{*кз к-1} · I_б = 0.16 · 91.75 = 14.68 кА

I⁽²⁾_{кз к-1} = 0,87 · I⁽³⁾_{кз к-1} = 0,87 · 14.68 = 12.78 кА

I _{*кз к-2} = Е_*с / Х_{*экв к-2} = 1 / 20 = 0,05 о.е.

I_б = 91.75 кА

I⁽³⁾_{кз к-2} = I _{*кз к-2} · I_б = 0,05 · 91.75 = 4.59 кА

I⁽²⁾_{кз к-2} = 0,87· I⁽³⁾_{кз к-2} = 0,87 · 4.59 = 4 кА

I _{*кз к-3} = Е_*с / Х_{*экв к-3} = 1 / 73,23 = 0,013 о.е.

I_б = 91.75 кА

I⁽³⁾_{кз к-3} = I _{*кз к-3} · I_б = 91.75*0.013 = 1.19 кА

I⁽²⁾_{кз к-3} = 0,87· I⁽³⁾_{кз к-3} = 0,87 · 1.19 = 1.04 кА

I _{*кз к-4} = Е_*с / Х_{*экв к-4} = 1 / 21.01 = 0.048 о.е.

I_б = 91.75кА

I⁽³⁾_{кз к-4} = I _{*кз к-4} · I_б = 0.048·91.75 = 4.404 кА

I⁽²⁾_{кз к-4} = 0,87· I⁽³⁾_{кз к-4} = 0,87 *4.404 = 0.042 кА

3. Защита цехового трансформатора

3.1 Токовая отсечка цехового трансформатора

Ток срабатывания защиты выбирается:

а) из условия отстройки от максимального тока КЗ за трансформатором в т.К4.

I_сз=К_отс· I⁽³⁾_{кз макс}                               (3.1.1)

где К_отс-коэффициент отстройки (К_отс=1,1-1,3);

I⁽³⁾_кзмакс-трехфазный ток кз в точке К-4;

I_сз=1,1·14.68=16.15 кА.

б) из условия отстройки от броска тока намагничивания, возникающего при включении трансформатора под напряжение

I_сз=К_отс· I_{ном тр}                                  (3.1.2)

где К_отс=3-5, для реле ТР-40.

I_ном = S_ном.тр. /Ö3 · U

I_ном=1000/Ö3·0.4= 1449.28А

I_сз=3·1449.28=4347.84 А.

3.2 Ненормальные режимы и защита от них

Максимальная токовая защита (МТЗ)

)     отключение параллельно работающего трансформатора:

I_{нагр макс}=2· I_{ном тр};                              (3.2.3)

I_{нагр макс}=2· 91.75=183.5 А.

)     автоматическое подключение нагрузки при действии АВР:

I_{раб макс}=I₁+I₂≈0.7(I_{ном тр1}+ I_{ном тр2});                        (3.2.4)

Где I₂-установившейся ток подключившейся нагрузки ,

I_{раб макс}=0,7(91.75+91.75)=128.45 А.

Ток срабатывания защиты выбирается по формуле:

                             (3.2.5)

где К_отс=1,1-1,2 для реле РТ-40;

К_сзп=2,5 - коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки;

К_воз=0,85 - коэффициент возврата реле.

Коэффициент чувствительности при КЗ в конце второго участка (К2)

                                          (3.2.6)

3)  
зашита от перегрузок , действующая на сигнал

                               (3.2.7)

где К_отс=1,05, К_воз=0,8-0,85

3.3 Защита от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ

Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от броска собственного емкостного тока

I_сз ³ I_{сз расч} = к_отс · к_б · I_с,

где к_отс - коэффициент отстройки (к_отс = 1,2);

к_б - коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока (к_б = 2,5);

I_с - собственный емкостный ток.

I_с = I_сд + I_сл,

где I_сд - собственный емкостный ток электродвигателя

(можно пренебречь, т.к. S_{ном дв} < 3 МВт; )

I_сл - собственный емкостный ток кабельной линии, входящий в зону защиты;

тогда I_с = I_сл.

I_сл = I_со · l · m,

где I_со - значение собственного емкостного тока 1 км кабеля (I_со = 1,8 А/км);

l - длина линии (l = 1 км);

m - число кабелей в линии (m = 2).

I_сл = 1,33 · 3 · 4 = 15.96 А;

.4 Газовая защита

Газовая защита реагирует на образование газов внутри трансформатора. Защита действует в зависимости от интенсивности газообразования на сигнал или на включение. В соответствии с ПЭУ установка газовой защиты обязательна для трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более, а также для трансформаторов меньшей мощностью при отсутствии быстродействующих защит.

Газовая защита может выполняться реагирующая на выделение газа или на повышение давления в кожухе трансформатора. При выполнении газовой защиты на отключение необходимо обеспечение надежного срабатывания выключателей трансформатора при кратковременном замыкании контактов газового реле. Схема газовой защиты должна предусматривать перевод ее действия только на сигнал.

3.5 Температурная сигнализация

ток замыкание трансформатор защита

Температурная сигнализация срабатывает при повышении температуры в баке трансформатора, что происходит в результате его перегрузки. Устанавливается на трансформаторах, к которым есть свободный доступ обслуживающего персонала. Или выполняется в качестве тепловых реле, которые отключают трансформатор при превышении его максимально допустимой температуры.

4. Защита асинхронных и синхронных двигателей свыше 1000 В

4.1 Токовая отсечка

Для защиты электродвигателей мощностью до 5000 кВт от междуфазных КЗ применяются токовая отсечка (Т.О.):

;                                         (4.1.8)

где К_отс=1,4-1,5 при Т.О. с реле РТ-40 для АД;

К_отс=1,6-1,8 для СД;

Iпуск=713 для АД;

Iпуск=694.4 для СД;

;

.

Коэффициент чувствительности при КЗ в конце второго участка (К2):

;                                         (4.1.9)

;

.

4.2 Защита от замыканий на землю в обмотке статора

Расчетные уставки защиты. Уставки срабатывания реле тока защит от замыканий на землю рассчитываются в первичных токах.

Ток срабатывания защиты с реле типа РТЗ-51 определяются из условия ее надежной отстройки от броска собственного ёмкостного тока, проходящего в месте установки защиты на внешнем перемещающемся замыкании на землю:

                           (4.2.10)

где - коэффициент отстройки (=1,4 и 1.6);

- коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока (=2,5);

- собственный ёмкостный ток присоединения самого электродвигателя Iсд и линии, соединяющий его с распределительным устройством и входящей в зону действия защиты Iсд:

                                     (4.2.11)

                                            (4.2.12)

При номинальной мощности электродвигателей, не превышающей 2,5-3 МВт, значением Iсд в (6.10) можно пренебречь. Собственный емкостный ток кабельной линии, входящей в зону защиты, определяется по формуле

                                            (4.2.13)

где -длина линии, км;

m-число кабелей в линии.

4.3 Максимальная токовая защита от перегрузок и асинхронного режима (для С.Д.)

На промышленных предприятиях широко применяются мощные синхронные электродвигатели, которые так же, как и асинхронные, должны иметь защиту от коротких замыканий, от замыканий на землю, защиту минимального напряжения и защиту от перегрузки. Уставки этих защит выбираются так же, как и па аналогичных защитах асинхронных электродвигателей. Защиты синхронных электродвигателей должны действовать не только на отключение выключателя, но также и на автомат гашения поля, если он имеется.

В случае выхода синхронного электродвигателя из синхронизма в нем проходят большие токи, а электродвигатель и связанный с ним механизм подвергаются воздействию больших моментов переменного знака. Поскольку это может привести к повреждению синхронного двигателя, они оборудуются специальной защитой, отключающей электродвигатель при выходе его из синхронизма. Такая защита может быть выполнена с помощью токового реле, действующего с выдержкой времени на отключение выключателя и АГП (рис. 11-12). Так как ток, проходящий в электродвигателе при асинхронном ходе, пульсирует, токовое реле будет то срабатывать, то возвращаться. Для того чтобы реле времени при этом не возвращалось, а надежно работало, в схему введено промежуточное реле, имеющее замедление на отпадание якоря и размыкание контакта. Ток срабатывания защиты от асинхронного хода принимается равным (1,4-1,5) Iном.

Рисунок 4.1 - Схема защиты синхронного электродвигателя от выпадения из синхронизма.

Для защиты синхронных электродвигателей от асинхррнного хода применяются также другие схемы защиты, в частности токовая защита с реле типа ИТ-80 (РТ-80), имеющим зависимую характеристику, а также более сложные устройства с токовым реле, реагирующим на появление переменной составляющей в токе ротора электродвигателя, и с реле направления мощности, фиксирующим изменение знака мощности в статоре электродвигателя при асинхронном ходе.

4.4 Защита от понижения напряжения

Необходимо дать обоснование установке данной защиты /2/, привести принципиальную схему.

Напряжение срабатывания защиты минимального напряжения из условия обеспечения самозапуска электродвигателей

;                          (4.4.15)

.        

5. Защита низковольтных электродвигателей

Для защиты АД напряжением 380 или 660 В от междуфазных коротких замыканий применяются предохранители с плавкими вставками или автоматы с электромагнитными расцепителями.

Выбор плавких вставок предохранителей и уставок автоматов производиться в следующей последовательности:

а) номинальное напряжение предохранителей.

Uном.пр. и автоматов Uном.а. должно быть не ниже напряжения сети Uс

                                       (5.1.16)

380, В

380, В

б) отключающая способность предохранителей Iпр.откл. должна быть достаточно большой, чтобы отключать максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемой линии;

в) номинальный ток плавких вставок  и расцепителей автоматов  должен быть равен или больше длительного режима максимального тока нагрузки двигателей.

,                                (5.1.17)

,                                (5.1.18)

                                      (5.1.19)

Для АД1 выбираем НПН2:

Для АД2 выбираем автомат ВА53-43:

г) Ток плавкой вставки выбираем таким, чтобы при прохождении по ней пускового тока двигателя времени пуска и самозапуска двигателя

;                                        (5.1.20)

для АД2:                                

     (5.1.21)

для АД1                      

для АД2                      

е) ток уставки (срабатывания) теплового расцепителя автомата Iу.т. или магнитного пускателя отстраивается от максимального рабочего тока, т.е.

                              (5.1.22)

для АД1:                     

для АД2:                     

После выбора предохранителей и автоматов необходимо убедиться, что плавкая вставка и расцепители автомата надежно защищают участок цепи, на котором они установлены. В четырех проводных сетях 380/220 В и 660/380 В с глухо-заземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является КЗ и должно надежно отключаться защитой. Кратность тока однофазного КЗ в наиболее удаленной точке сети должна быть:

                             (5.1.23)

                                        (5.1.24)

Ток однофазного КЗ определяется из выражения:

;                                       (5.1.25)

где Zт-сопротивление трансформатора, Ом

Проверяем условие правильности выбора для АД1:

I⁽¹⁾_к > 3· I_{вс ном} Þ 950 А > 63∙3 А

I⁽¹⁾_к > 1,25 · I_уэ Þ 950 А > 20∙1,25 А,

условие выполняется.

Проверяем условие правильности выбора для АД2:

I⁽¹⁾_к > 3· I_{вс ном} Þ 950 А > 2500∙3 А

I⁽¹⁾_к > 1,25 · I_уэ Þ 950 А > 2500∙1,25 А,

условие НЕ выполняется.

Рисунок 5.1 - Схема электроснабжения промышленного предприятия.

Список литературы

1.   Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения в системах электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991. - 496 с.

2.      Басс Э.И., Дрогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем./ Под ред. А.Ф. Дьякова. - М.: Изд.МЭИ, 2002. - 295 с.

.        Чернобровов Н.В., Семенов В.А. «Релейная защита энергетических систем: учебное пособие для техникумов». - М.: Энергоатомиздат, 1998.