Расчёт токов короткого замыкания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Схема и исходные данные

Исходные данные:

Воздушные линии:

Мощность КЗ⁽³⁾ на шинах подстанции:

Трансформаторы:

Т1, Т2: ТДНС-10 000/35

РПН:

Т3: ТМ-6300/35-71Т1

РПН:

Решение:

Рис. 2. Точки короткого замыкания и разделение схемы на ступени напряжения

1. Расчёт токов короткого замыкания

Для выбора уставок защит рассчитаем токи короткого замыкания в точках, указанных на рис. 2.

Расчёт будем вести в именованных единицах методом точного приведения.

1) Принимаем за основную ступень напряжения I:

2) Находим сопротивления элементов расчётной схемы.

а) электрическая система:

где - напряжение на шинах связи с системой неопределённой мощности.

б) линии электропередач:

- линии Л1 и Л2:

- линия Л3:

в) трансформаторы:

Так как трансформаторы с устройством РПН , т. е. предел регулирования , то нужно посчитать их максимальные и минимальные номинальные напряжения на стороне высокого напряжения:

Для трансформаторов Т1 и Т2:

Для трансформатора Т3:

Тогда рассчитаем сопротивления трансформаторов:

- трансформаторы T1 и T2:

- трансформатор Т3:

3) Рассчитаем токи КЗ:

Короткое замыкание в точке К1:

Рис. 3. Схема замещения при коротком замыкании в точке К1

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Короткое замыкание в точке К2:

Рис. 4. Схема замещения при коротком замыкании в точке К2

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:



Короткое замыкание в точке К2.1:

Рис. 5. Схема замещения при коротком замыкании в точке К2.1

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Короткое замыкание в точке К2.2:



Рис. 6. Схема замещения при коротком замыкании в точке К2.2

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Короткое замыкание в точке К3:

Рис. 7. Схема замещения при коротком замыкании в точке К3

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Короткое замыкание в точке К3.1:

Рис. 8. Схема замещения при коротком замыкании в точке К3.1

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Короткое замыкание в точке К3.2:

Рис. 9. Схема замещения при коротком замыкании в точке К3.2

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Короткое замыкание в точке К4:

Рис. 10. Схема замещения при коротком замыкании в точке К4

Ток трёхфазного короткого замыкания равен:

Составим таблицу значений токов короткого замыкания:



	Ток короткого замыкания, А	Положение РПН
Точка КЗ	Двухфазное КЗ	Трёхфазное КЗ
К1	7893.6766	9115.1	-12%
К2.1	4704.31	5432.23
К2.2	3350.55	3869
К2	2601.82	3004.417
К3.1	2228.5	2573.16
К3.2	1948.64	2250.17
К3	1731.32	1999.22
К4max	1042.2	1203.46
К1	7893.6766	9115.1	+12%
К2.1	4704.31	5432.23
К2.2	3350.55	3869
К2	2601.82	3004.417
К3.1	2228.35	2573.16
К3.2	1948.64	2250.17
К3	1731.32	1999.22
К4min	835.94	965.3

2. Защита трансформатора T3

Рис. 11. Расположение трансформатора Т3 в схеме

I. Краткие теоретические сведения

Виды повреждений и ненормальных режимов работы трансформатора

В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут возникнуть также опасные ненормальные режимы работы, не связанные с повреждением трансформатора или его соединений. Возможность повреждений и ненормальных режимов обуславливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств. При этом учитываются многофазные и однофазные КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные повреждения бывают двух видов: на землю и между ветками обмотки (витковые замыкания). Наиболее вероятными являются многофазные и однофазные КЗ на выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания. Значительно реже возникают многофазные КЗ в обмотках, для групп однофазных трансформаторов они вообще исключены. Защита от коротких замыканий выполняется с действием на отключение поврежденного трансформатора.

Замыкание одной фазы на землю представляет опасность для обмоток, присоединенных к сетям с глухозаземлёнными нейтралями.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними КЗ и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформаторов появляются большие токи (сверхтоки). Особенно опасно токи, проходящие при внешних коротких замыканиях; эти токи могут значительно превышать номинальный ток трансформатора. В случае длительного прохождения тока (что может быть при КЗ на шинах или при неотключившихся повреждениях на отходящем от шин присоединении) возможны интенсивный нагрев изоляции обмоток и её повреждение. Вместе с этим при коротком замыкании понижается напряжение в сети.

Перегрузка трансформаторов не влияет на работу системы электроснабжения в целом, так как она обычно не сопровождается снижением напряжения. Кроме того, сверхтоки перегрузки относительно невелики и их прохождение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке. Так, согласно нормам, перегрузку током можно допускать в течение . В связи с этим защита трансформатора от перегрузки при наличии дежурного персонала должна выполняться с действием на сигнал. На подстанциях без дежурного персонала защита от перегрузки должна действовать на разгрузку или отключение.

К ненормальным режимам работы трансформаторов относится также недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти, например, вследствие повреждения бака.

Дифференциальная защита трансформатора

Согласно пункту 3.2.110 ПУЭ для трансформатора должны быть приняты:

- дифференциальная защита

- газовая защита

- защита от перегрузки

- МТЗ резервное от внешних КЗ

Рис.12. Дифференциальная токовая защита двухобмоточного трансформатора.

1) Определение вторичных токов в плечах защиты

Наименование величины	Численное значение для стороны
	37 кВ	6,3 кВ
Первичный номинальный ток трансформатора
	Коэффициент трансформации трансформатора тока
Действительный:
Принятый:	200/5	400/5
Схема соединения ТТ
Вторичный номинальный ток в плечах защиты
Превышение стандартного значения

2) Определим ток небаланса без учета составляющей при КЗ на стороне 6,3 кВ.

3) Определим предварительное значение тока срабатывания защиты:

- по условию отстройки от тока небаланса:

- по условию отстройки от броска тока намагничивания:

Выбираем наибольшее значение

4) Производим предварительную проверку чувствительности при повреждении в зоне действия защиты (при двухфазном КЗ за трансформатором):

- расчетный ток в реле защиты:

;

- ток срабатывания реле:

- коэффициент чувствительности

6) Определяем число витков обмоток реле РНТ-565:

Обозначение величины и расчетное выражение	Численное значение
	13,757 А
	витка
(ближайшее меньшее число)	7 витков
Пересчитаем
	витка
(ближайшее целое число)	7 витков
	264.76 + 45.49 = 310.25 А
Расчет производится для нового значения
	витка
Окончательное принятое число витков
	6 витков
	7 витков

6. Проверим чувствительность при окончательном выборе витков и

Газовая защита

Газовая защита - основная на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Рис. 13. Газовое реле защиты трансформатора

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем (рис. 3,а). Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22. Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рис. 3, б).

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6; 0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет . Уставка по скорости потока определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными пластмассовыми поплавками типа BF80/Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип его такой же, как и в других газовых реле.

Монтаж газовой защиты связан с выполнением некоторых специфических требований: для беспрепятственного прохода газов в расширитель должен быть небольшой подъем (1,0-1,5% у крышки трансформатора и 2-4% у маслопровода) от крышки к расширителю (рис. 3, а); нижний конец маслопровода, входящий внутрь трансформатора, должен заделываться с внутренней поверхности крышки, а нижний конец выхлопной трубы - вдаваться внутрь трансформатора: контрольный кабель, используемый для соединения газового реле с панелью защиты или промежуточной сборкой зажимов, должен иметь бумажную, а не резиновую изоляцию, так как резина разрушается под действием масла: действие газовой защиты на отключение необходимо выполнить с самоудерживанием, чтобы обеспечить отключение трансформатора в случае кратковременного замыкания или вибрации нижнего контакта газового реле, обусловленных толчками потока масла при бурном газообразовании.

В схеме защиты на переменном оперативном токе (Рис.4) самоудерживание достигается путем шунтирования нижнего контакта газового реле KSG верхним замыкающим контактом реле KL. Самоудерживание автоматически снимается после разрыва цепи отключения вспомогательным контактом Q1.2 выключателя Q1.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых - нереагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, поврежденных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Необходимо также отметить, что начальная стадия виткового замыкания может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком случае газовая защита не действует и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными. Можно создать защиту, позволяющую обнаружить витковые замыкания в начальной стадии и при отсутствии газообразовании. Одна из таких защит основана на изменении пространственного распределения поля рассеяния обмоток.

Газовая защита обязательна для трансформаторов мощностью. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

Выбираем газовое реле BF80/Q.

Рис. 14. Принципиальная схема газовой защиты трансформатора на переменном оперативном токе

Защита трансформатора от перегрузки

1) Определим ток срабатывания защиты:



2) Определим ток срабатывания защиты

3) Время срабатывания защиты определяем с учётом выдержки времени, которая выбирается на ступень выше, чем время срабатывания защиты от внешних коротких замыканий

где - ступень селективности;

- время срабатывания защиты от внешних коротких замыканий

(значение можно найти на схеме на стр. 11).

4) Выбираем реле тока РТ-40/5 с уставкой 4 А, т.е. защита будет срабатывать при токе

МТЗ трансформатора

1) Рассчитаем ток срабатывания защиты

где - коэффициент отстройки,

- коэффициент самозапуска,

- коэффициент возврата,

(указан на рис. 11) - максимальный рабочий ток, который приводим

к стороне высокого напряжения силового трансформатора Т3,

умножая на отношение номинальных напряжений трансформатора на

низкой и высокой сторонах

2) Определим ток срабатывания реле:

3) Выбираем реле тока РТ-40/20 с уставкой 12 А.

4) Время срабатывания защиты:

где - ступень селективности.

5) Оценим чувствительность спроектированной защиты:

Из этого можно сделать вывод:

Спроектированная МТЗ трансформатора обладает достаточной чувствительностью.

3. Защита линии Л3

В соответствии с ПУЭ будем делать проектировать защиты линии:

I. Токовую отсечку без выдержки времени

II. Трехступенчатую МТЗ

Перед тем, как приступить к проектированию защиты линии, выберем трансформатор тока, который необходимо установить на стороне высокого напряжения:

а) Номинальный ток трансформатора

Номинальный ток ответвления

б) Расчётный коэффициент трансформации по току

в) Выбираем трансформатор тока ТФЗМ-35В-1 с коэффициентом трансформации

Расчет токовой фазной отсечки без выдержки времени

Зона действия фазной токовой отсечки определяется при минимальных токах в линии, имеющих место при двухфазных КЗ и минимальном режиме работы системы. Эти зоны определяется графоаналитическим методом, а для простых схем также и аналитическим методом.

Максимальный сверхпроводной ток при трёхфазном КЗ в начале линии:

Минимальный сверхпроводной ток при двухфазном КЗ в начале линии:

1) Определим среднее фазное напряжение на шине, присоединённой к началу линии

2) Сопротивление до линии в максимальном и минимальном режимах:

3) При удельном сопротивлении ток в конце линии равен:

4) Ток срабатывания отсечки



Ток срабатывания реле отсечки линии вычисляем по формуле:

где коэффициент отстройки для РТ-40

Выбираем реле тока РТ-40/10 с уставкой 8 А.

5) Зоны действия отсечек:

При трёхфазном коротком замыкании:

При двухфазном коротком замыкании:

6) Из выше приведённых вычислений можно сделать следующий вывод:

Использование токовой отсечки целесообразно, так как зона действия отсечки составляет больше необходимых 15 % длины защищаемой линии.



Рис. 15. Разнесённая схема токовой отсечки в двухфазном, двухрелейном исполнении.

Расчёт максимальной токовой защиты (третья ступень защиты)

1) Определим значение рабочего максимального тока

2) Вычислим ток срабатывания защиты

где - коэффициент отстройки;

- коэффициент самозапуска асинхронных двигателей;

- коэффициент возврата для реле РТ-40.

3) Рассчитаем ток срабатывания реле

По получившемуся току срабатывания реле выбираем реле тока РТ-40/20 с уставкой 20 А.

4) Определим время срабатывания защиты

где - ступень селективности.

5) Оценим чувствительность МТЗ

Таким образом, можно сделать вывод:

Спроектированная МТЗ обладает достаточной чувствительностью.

3. Защита линии Л1

В соответствии с ПУЭ будем делать проектировать защиты линии:

I. Токовую отсечку без выдержки времени

II. Трехступенчатую МТЗ

Перед тем, как приступить к проектированию защиты линии, выберем трансформатор тока, который необходимо установить на стороне высокого напряжения:

а) Номинальный ток линии Л3

б) Расчётный коэффициент трансформации по току

в) Выбираем трансформатор тока ТФЗМ-35В-1 с коэффициентом трансформации

I. Расчет токовой фазной отсечки без выдержки времени

Зона действия фазной токовой отсечки определяется при минимальных токах в линии, имеющих место при двухфазных КЗ и минимальном режиме работы системы. Эти зоны определяется графоаналитическим методом, а для простых схем также и аналитическим методом.

Максимальный сверхпроводной ток при трёхфазном КЗ в конце линии:

Минимальный сверхпроводной ток при двухфазном КЗ в конце линии:

1) Определим среднее фазное напряжение на шинах генератора

2) Сопротивление источника питания в максимальном и минимальном режимах:

3) При удельном сопротивлении ток в конце линии равен:

4) Ток срабатывания отсечки

Ток срабатывания отсечки линии вычисляем по формуле:

где коэффициент отстройки для РТ-40

Выбираем реле тока РТ-40/20.

5) Зоны действия отсечек:

При трёхфазном коротком замыкании:

При двухфазном коротком замыкании:

6) Из выше приведённых вычислений можно сделать следующий вывод:

Использование токовой отсечки целесообразно, так как зона действия отсечки составляет больше необходимых 15 % длины защищаемой линии.

Рис. 16. Разнесённая схема токовой отсечки в двухфазном, двухрелейном исполнении

II. Расчёт максимальной токовой защиты (третья ступень защиты)

1) Определим значение рабочего максимального тока

2) Вычислим ток срабатывания защиты

где - коэффициент отстройки;

- коэффициент самозапуска асинхронных двигателей;

- коэффициент возврата для реле РТ-40.

3) Рассчитаем ток срабатывания реле

По получившемуся току срабатывания реле выбираем реле тока РТ-40/20.

4) Определим время срабатывания защиты

где - ступень селективности.

5) Оценим чувствительность МТЗ

Таким образом, можно сделать вывод:

Спроектированная МТЗ обладает достаточной чувствительностью.

ток короткое замыкание

Размещено на Allbest.ru