Размещено на http://allbest.ru

Введение

Работа систем электроснабжения сопровождается повреждениями и аварийными режимами. Для защиты элементов электроснабжения от опасных последствий повреждений и аварийных режимов необходимы автоматические устройства -трансформаторы тока и реле. Совокупная работа этих устройств в энергосистеме называется релейной защитой. Для обеспечения адекватной реакции устройств релейной защиты на все повреждения и аварийные режимы, возникающие в сложной энергосистеме, к релейной защите предъявляются ряд специальных требований. . Исходя из этих требований следует состав и порядок функционирования основных элементов релейной защиты. Для диагностики и правильного выбора аппаратов релейной защиты необходимы предварительные данные по защищаемому оборудованию (а именно, токи КЗ).

Цель проекта - изучить основные элементы релейной защиты и особенности расчетов токов короткого замыкания.

1. Общая часть

1.1 Назначение релейной защиты

В энергетических системах могут возникать повреждения и аварийные режимы работы электрооборудования электростанций и подстанций, распределительных устройств, ЛЭП и электроустановок потребителей электрической энергии. Повреждения в большинстве случаев сопровождаются значительным увеличением тока и глубоким понижением напряжения в элементах энергосистемы. Повышенный ток выделяет большое количество тепла, вызывающее разрушения в месте повреждения и опасный нагрев неповрежденных ЛЭП и оборудования. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы генераторов и энергосистемы в целом. Аварийные режимы обычно приводят к отклонению величин напряжения, тока и частоты от допускаемых значений. При понижении частоты и напряжения, создается опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивости энергосистемы, а повышение напряжения и тока угрожает повреждению оборудования и ЛЭП.

В результате повреждения нарушают работу энергосистемы и потребителей электроэнергии, а аварийные режимы создают возможность возникновения повреждений или расстройства работы энергосистемы.

Для обеспечения нормальной работы энергетической системы и потребителей электроэнергии необходимо как можно быстрее выявлять и отделять место повреждения от неповрежденной сети, восстанавливая таким образом нормальные условия их работы и прекращая разрушения в месте повреждения.

Для предотвращения опасных последствий ненормальных режимов, необходимо своевременно обнаружить отклонение от нормального режима и принять меры к его устранению (например понизить напряжения при его возрастании или снизить ток при его увеличении и т.д.). В связи с этим возникает необходимость в создании и применении автоматических устройств, выполняющих указанные операции и защищающие систему и ее элементы от опасных последствий повреждений и аварийных режимов. В качестве таких автоматических устройств используют защитные устройства, выполняемые при помощи специальных автоматов-реле. Совокупность таких автоматических устройств, работающих в энергосистеме называется релейной защитой. Релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная и надежная работа современных энергетических систем.

Основным назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение поврежденного элемента сети - это защита, действующая на отключение.

При возникновении нарушения нормальных режимов работы (перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированной нейтралью, понижение уровня масла в трансформаторе и др.), когда эти явления не представляют непосредственной опасности для электрооборудования, достаточно дать предупредительный сигнал оперативному персоналу - это защита, действующая на сигнал.

Таким образом, исходя из назначения и функций выполняемых релейной защитой, следует, что аппараты релейной защиты монтируются в «цепях вторичной коммутации», т.е. в слаботочных электрических цепях, предназначенных для управления и контроля режимов работы силовых цепей и систем электроснабжения.

В современных электрических системах релейная защита тесно связана с электрической автоматикой, предназначенной для быстрого автоматического восстановления нормального режима и питания потребителей. Основу такой автоматики составляют следующие устройства: автоматическое повторное включение (АПВ); автоматическое включение резервных источников питания и оборудование (АВР); автоматическая частотная разгрузка (АЧР); автоматическое регулирование возбуждение генераторов (АРВ) и т.д.

1.2 Классификация основных типов релейных защит

Все релейные защиты классифицируются следующим образом:

1) В зависимости от вида повреждения. Защиты реагирующие на симметричные трехфазные Кз; реагирующие на симметричные двухфазные кз (т.е. на токи кз обратной последовательности); реагирующие на токи однофазного кз (т.е. на токи кз нулевой последовательности); реагирующие на емкостные токи замыкания одной фазы на землю.

2) В зависимости от вида ненормального режима. Защиты от перегрузок; от понижения напряжения; от повышения напряжения.

3) В зависимости от вида защищаемого оборудования. Защиты воздушных ЛЭП; кабельных ЛЭП; шин; силовых трансформаторов; синхронных компенсаторов; электродвигателей.

4) В зависимости от принципа действия. Токовые защиты (токовые отсечки, максимальные токовые защиты); защиты напряжения; направленные токовые защиты (МТЗ или отсечки); дифференциальные (продольные и поперечные); высокочастотные защиты; дистанционные защиты.

1.3 Релейная защита электродвигателей

В обмотках электродвигателей могут возникать замыкания на землю одной фазы статора, замыкания между витками и многофазные КЗ. Замыкания на землю и многофазные КЗ могут также возникать на выводах электродвигателей, в кабелях, муфтах и воронках. Короткие замыкания в электродвигателях сопровождаются прохождением больших токов, Разрушающих изоляцию и медь обмоток, сталь ротора и статора. Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ служит токовая отсечка или продольная дифференциальная защита, действующая на отключение.

Однофазные замыкания на землю в обмотках статора электродвигателей напряжением 3 - 10 кВ менее опасны по сравнению с КЗ, так как сопровождаются прохождением токов 5 - 20 А, определяемых емкостным током сети. Учитывая сравнительно небольшую стоимость электродвигателей мощностью менее 2000 кВт, защита от замыканий на землю устанавливается на них при токе замыкания на землю более 10 А, а на электродвигателях мощностью более 2000 кВт - при токе замыкания на землю более 5 А защита действует на отключение.

Защита от витковых замыканий на электродвигателях не устанавливается. Ликвидация повреждений этого вида осуществляется другими защитами электродвигателей, поскольку витковые замыкания в большинстве случаев сопровождаются замыканием на землю или переходят в многофазное КЗ. Электродвигатели напряжение до 600 В защищаются от КЗ всех видов (в том числе и от однофазных) с помощью плавких предохранителей или быстродействующих электромагнитных расцепителей автоматических выключателей.

В качестве примера выполним расчет диагностику релейной защиты электродвигателя, мощность которого Рном = 1600 кВт.

Согласно ПУЭ для электродвигателя такой мощности должны предусматриваться защиты: от многофазных замыканий, защита от токов перегрузки, защита минимального напряжения.

2. Расчетная часть

2.1 Максимальная токовая защита

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от максимального тока нагрузки при нормальном режиме работы электродвигателя.

Iсз = Кнад Ч Iраб.мах,

Кнад - коэффициент надежности,

Iраб.мах - максимальный ток нормального режима.

Определяем Iраб.мах.

Iраб.мах = ?Р/Чсоsy Ч Uном,

где ?Р - суммарная мощность нагрузки, МВт.

Iраб.мах = 1600/Ч 0.85 Ч 6 = 283 А.

Ток срабатывания защиты.

Iсз = КнадЧ Iраб.мах = 1.1 Ч 0.283 = 0.33 кА.

Определяем коэффициент чувствительности МТЗ по формуле:

Кч = IкзІ/ Iсз,

где IкзІ - максимальный ток при двухфазном замыкании на выводах электродвигателя

Ток IкзІ определяем из следующих соображений.

В разделе «Расчяет токов КЗ» было рассчитано значение тока КЗ в конце КЛ, питающей электродвигатель. Iкзі равн 8.3 кА. Определим сопротивление до точки КЗ в Омах.

Хрезк4 = Uср / Ч Iк = 6.3 / Ч 8.3 = 0.483 Ом

Определим сопротивление электродвигателя.

Xd = UІ / S = 36 / 2941 = 0/012 Ом

Результирующее сопротивление прямой и обратной последовательности до точки КЗ.

Х№= Хрезк4 + Хд = 0.438 + 0.012 = 0.45 Ом

Определим IкзІ.

IкзІ = Ч Uном / Ч (),

где и - соответственно суммарные сопротивления прямой и обратной последовательности до места КЗ.

IкзІ = Ч 6.3 / Ч (0.45 + 0.45) = 7 кА.

Определяем коэффициент чувствительности.

Кч = IкзІ / Iсз = 7 / 0.33 = 21

Коэффициент чувствительности удовлетворен.

2.2 Токовая отсечка

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от тока КЗ в конце защищаемого участка.

Icз = Кнад Ч Iкзі = 1.1 Ч 8.08 = 8.9 кА.

После отключения КЗ. происходит самозапуск электородвигателей, подключенных к секции или системе шин, на которых, во время КЗ имело место снижения напряжения. Токи самозапуска, внесколько раз превышаюшие номинальные, проходят по питающим линиям (или трансформаторам) собственных нужд. В результате, напряжение на шинах собственных нужд, а следовательно, и на эл.двигателях, понижается на столько, что вращающий момент на валу эл. двигателя может оказаться недостаточным для его разворота. Самозапуск эл.двигателей может не произойти, если напряжение окажется ниже 55 - 65 % Iном.

Для того чтобы обеспечить самозапуск наиболее ответственных двигателей, устанавливается защита минимального напряжения, отключающая неответственные эл.двигатели, отсутствие работы которых в течении некоторого времени не отразится на производственном процессе. При этом уменьшается суммарный ток самозапуска и повышается напряжение на шинах собственных нужд, благодаря чему обеспечивается самозапуск ответственных эл.двигателей. В некоторых случаях, при длительном отсутствии напряжения, защита минимального напряжения отключает и ответственные эл.двигатели. Это необходимо, в частности, для пуска схемы АВР эл.двигателей, а также по технологии производства. Отключение ответственных эл.двигателей, защита минимального напряжения, производится также в тех случаях, когда их самозапуск не допустим по условиям техники безопасности или из-за опасности повреждения приводимых механизмов.

2.3 Защита от междуфазных коротких замыканий

Защита от коротких междуфазных замыканий является основной защитой электродвигателей и установка ее является обязательной во всех случаях.

В качестве защиты применяется токовая отсечка без выдержки времени.

При недостаточной чувствительности на ЭД мощностью больше 2000 кВТ может применяться дифференциальная защита.

Первичный ток срабатывания защиты рассчитывается по формуле:

Кн - коэффициент надежности, обычно принимается равным 1.1.

Квоз - коэффициент возврата, принимается 0,9.

Iпуск - пусковой ток электродвигателя, определяется по паспортным данным.

Для электродвигателя АКН2-18-43-12 Iп = 7*Iном.

cos = 0,8

n = 96 %.

Iп = 7*1202 = 8420 А.

Определяем ток срабатывания защиты.

Чувствительность защиты от междуфазных КЗ оценивается коэффициентом чувствительности, представляющим отношение тока металлического двухфазного КЗ к первичному току срабатывании защиты двигателя. В разделе «расчет токов КЗ» был определен ток двухфазного КЗ на двигателе. Он составил 18 кА.

Кч = Iк⁽²⁾/Iсз = 18/11,2 =1,6.

Коэффициент чувствительности Кч=1.6. Коэффициент чувствительности Кч должен быть больше или равен 1.5.

1.6>1.5, поэтому Кч удовлетворительный.

2.4 Защита электродвигателя от перегрузки

Перегрузка двигателей возникает в следующих случаях:

1. При затянувшемся пуске или самозапуске.

2. По техническим причинам и перегрузке механизмов.

3. В результате обрыва одной фазы.

4. При механическом повреждении двигателя, что влекет за собой увеличение момента сопротивления Мс.

В качестве защиты от перегрузок используем максимальную токовую защиту.

Селективность МТЗ достигается за счет выдержки времени.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты от перегрузки устанавливается из условий отстройки его от номинального тока электродвигателя по выражению.

Время действия защиты от перегрузки должно быть таким, что бы оно было больше времени пуска электродвигателя при эксплуатационно возможном понижении напряжения , а у ЭД для которых предусмотрен самозапуск-больше времени запуска. С другой стороны, это время не должно превышать допустимой для двигателя длительности прохождения сверхтока.

Обычно эти условия удовлетворяются, т.к одна величина значительно меньше второй.

Iном = 1202 А.

Iсз = 1,2*1202/0,9 = 1602 А. - ток срабатывания защиты.

2.5 Защита минимального напряжения

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения.

Напряжение срабатывания защиты минимального напряжения выбирается таким, что бы обеспечился самозапуск электродвигателя.

Как правило самозапуск электродвигателей обеспечивается при напряжении порядка 55%, поэтому напряжение срабатывания имеет величину порядка 60--70% Uном.

Принимаем Uсз = 65%Uном, тогда срабатывание защиты минимального напряжения получаем:

Uсз = 0,65*6 = 3,9 кВ.

Выдержку времени принимаем из условия технологии производства и обеспечения техники безопасности. Т.е отключение двигателя будет происходить только в случае длительной посадки напряжения .

t = 6 сек.

2.6 Защита кабельной линии

На линии установлены следующие защиты:

1) токовая отсечка в двухфазном трехсистемном исполнении (основная защита линии);

2) МТЗ в двухфазном трехсистемном исполнении (резервная защита линии, основная защита трансформатора);

3) защита от замыканий на землю.

2.6.1 Токовая отсечка

Токовая отсечка является быстродействующей токовой защитой, селективность которой достигается отстройкой от наибольшего тока КЗ в конце защищаемого участка.

Токовая отсечка может выполнятся без выдержки времени.

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по выражениям.

1. Iсо > Кн*Iкмакс⁽³⁾ - отстройка от максимального трехфазного КЗ в конце защищаемого участка.

2. Iсо > (4-5)*Iном.тр - отстройка от бросков тока намагничивания трансформатора.

Из этих двух токов выбирается наибольшее.

1. В расчете токов КЗ было определено значение тока КЗ в точке К3.

Оно составило 14 кА.

Iсо = 1,2*14 = 16,8 кА.

2. Броски тока намагничивания.

Iном.тр = Sном/Uном = 2500/1,73*6 = 240 А.

Iсо = 240*5 = 1202 А.

Таким образом ток срабатывапния отсечки принимается равным 16,8 кА.

2.6.2 Максимальная токовая защита

Для предотвращения ложных срабатываний ток срабатывания МТЗ отстраивается от тока нагрузки. Селективность МТЗ достигается за счет выдержки времени. Выбор тока срабатывания МТЗ по условию отстройки от тока нагрузки производится таким образом, что бы МТЗ на поврежденном участке возвращалось в исходное положение после отключения внешнего КЗ, т.е ток возврата МТЗ должен выбираться с коэффициентом запаса.

Выражение для определения тока срабатывания МТЗ имеет вид:

Iсз = КнЧКсзпЧIраб.макс/Кв.

Кн - коэффициент надежности, Кн = 1,2, Ксзп - коэффициент, учитывающий самозапуск ЭД, Ксзп = 1,1. Кв - коэффициент возврата, Кв = 0,9.

Iсз = 1,2Ч1,1Ч240/0,9 = 352 А.

Чувствительность МТЗ проверяется по условию.

Коэффицент чувствительности находится по формуле:

Кч=Iк⁽²⁾/Iсз,

где Iк⁽²⁾ - ток двухфазного КЗ линии , Iсз -ток срабатывания защиты.

Ток трехфазного КЗ был определен выше и составил в точке К3 14 кА.

Кч = 12/0,352 = 34. Кч больше рекомендованного, поэтому защита требованиям чувствительности удовлетворяет.

2.6.3 Защита от замыканий на землю

Замыкания на землю в сетях 6 кВ хотя и не сопровождаются большими

токами повреждения, но являются опасными ненормальными режимами, которые нужно ликвидировать в возможно короткие сроки. Немедленное отключение используется лишь в тех случаях, когда отключение необходимо по соображениям техники безопасности( Эл. бойлерные, и т.д и т.п).

При появлении сигнализации дежурный персонал должен провести необходимые переключения и вывести поврежденное присоединение в ремонт. Защита выполняется при помощи ТТ нулевой последовательности.

2.6.4 Защита кабеля от однофазных замыканий на землю

Сети с изолированной нейтралью работают с малым током замыкания на землю, что и предусмотрено в проекте.

В таких сетях (в отличие от сетей с глухо-заземленной нейтралью) замыкание на землю одной фазы не вызывает короткого замыкания и не сопровождается поэтому снижением междуфазных напряжений и появлением повышенных токов в сети.

Исходя из этого принято выполнять защиту от замыканий на землю в сетях с малым током замыкания с действием на сигнал.

Получив сигнал о появлении замыкания на землю, дежурный персонал принимает меры к переводу нагрузки поврежденной линии на другой источник питания, разгружает поврежденную линию и затем отключает её.

Для определения тока уставки реле тока необходимо знать, ток замыкания на землю, который находится по формуле:

,

где - длина электрически связанных кабельных и воздушных линий.

Так как в принятой схеме нет воздушных линий, то в формуле не будет .

Сумма длин кабельных линий на стороне 10 кВ:

Ток замыкания на землю:

Ток уставки находится как:

Также, ток срабатывания защиты должен быть отстроен от максимального тока небаланса, который определяется:



где - коэффициент надежности;

- коэффициент, учитывающий увеличение тока небаланса в переходном режиме при выдержке времени 0,5-0,6 с;

- коэффициент, учитывающий 10 % погрешность трансформаторов тока;

- коэффициент однотипности трансформаторов тока.

Из двух токов срабатывания выбираю больший, что обеспечивает большую селективность защиты.

3.Охрана труда

При эксплуатации релейных защит возникает необходимость проводить плановые или после аварийные испытания и измерения кабельных линий, а также проводить их ремонты, определять место повреждения. При этом в связи со значительной протяженностью лини иногда приходится менять место проведения работ, или просто выезжать на отдаленные участки кабельной сети перевозя с собой значительное количество довольно габаритного переносного оборудования, за частую требующего очень сложных коммутационных подключений после каждого измерения. При этом должны, как правило, соблюдаться правила техники безопасности и ПТЭ[10], что в данных условиях было бы довольно затруднительно. Во избежание этих и других неудобств выпускаются специализированные передвижные электолаборатории, представляющие собой автомобиль, оборудованный необходимыми устройствами проведения испытаний, измерений и поиска коротких замыканий. Другими словами высоковольтная передвижная электролаборатория предназначена: для испытания изоляции электрооборудования и силовых кабельных линий выпрямленным повышенным напряжением; прожигания изоляции поврежденных кабелей напряжением 0.4 -10 кВ; определения мест повреждения индукционным и акустическим методами; определения трасс кабелей и уточнения кабеля в пучке. В связи с этим возникает опасность поражения работающего персонала электрическим током при проведении испытаний и измерений. Поэтому, чтобы оградить персонал от опасного воздействия электрического тока, в передвижных электролабораториях применяются меры и средства защиты от опасности поражения электрическим током. Например, высоковольтная аппаратура отделена от отделения управления и измерения сплошной перегородкой, являющейся одновременно пультом управления, верхняя часть перегородки выполнена из оргстекла для видимого управления схемой путем выведенных штанг, заканчивающихся штурвалом на пульте управления. Дверь высоковольтного отделения имеет электроблокировку, отключающую напряжение с испытательной аппаратуры при открытии двери. Открытая дверь удерживается упором и не может закрываться произвольно. Она имеет механическую блокировку заземления и закорачивания конденсаторной установки, не разрешающей входить в высоковольтное отделение без видимого заземления конденсаторной установки. Дверь высоковольтного отделения механически сблокирована с переключателем выбора режимов схемы, блокировка не позволяет открыть дверь, если на переключателе не заземлены контакты фаз А, В, С высоковольтных испытательных проводов.

При невозможности использования передвижной испытательной лаборатории (невозможно подъехать к месту испытания и т.п.) допускается использование временных переносных установок. Присоединение испытательной установки к сети напряжением 380/220 В необходимо производить через коммутационный аппарат с видимым разрывом цепи или через штепсельную вилку, расположенные на месте управления установкой.

В передвижных или переносных испытательных электроустановках рабочее место оператора, ограждается от установки выше 1000 В. Дверь отсека, снабжается блокировкой, обеспечивающей снятие напряжения в случае открытия двери и невозможности подачи напряжения при открытых дверях. На рабочем месте оператора устанавливается раздельная световая сигнализация предупреждающая о включении напряжения до и выше 1000 В. Передвижные электроустановки оснащаются световой сигнализацией, действующей, когда вывод высокого напряжения находится под напряжением. Для получения выпрямленного тока повышенного напряжения применяются схемы с твердыми выпрямителями.

При использовании временных переносных испытательных установок необходимо соблюдать следующие требования: рабочее место оператора отделяется отделено от части установки с напряжением выше 1000 В временным ограждением с помощью щитов канатов и т.п. с вывешиванием на них плакатов «Стой Высокое напряжение». Расстояние от частей установки, находящейся под испытательным напряжением, до ограждения, отделяющее рабочее место оператора, устанавливается не менее, указанного в таблице 9.2.1[12].

Необходимо чтобы часть установки с напряжением выше 1000 В находилась с одной стороны от оператора, а именно перед его рабочим местом так, чтобы оператор имел возможность видеть непосредственно всю установку. Запрещается расположение части установки с напряжением выше 1000 В. Сзади или сбоку от оператора; обеспечивается рабочий выход с рабочего места оператора в свободную зону.

Таблица 12 - Минимально допустимые расстояния от токоведущих частей до временных ограждений

При использовании передвижной лаборатории запрещается выход из установки и вход в нее после подъема напряжения, а также прикосновения к кузову людей стоящих на земле.

После окончания испытаний производитель работ снижает напряжение испытательной установки до нуля, отключает установку от сети, разряжает кабель и установку через разрядное устройство и сообщает об этом бригаде. За тем можно проводить присоединение на кабеле и в испытательной установке, а в случае полного окончания испытаний отсоединить установку и снимать ограждения.

При измерении мегаомметром сопротивления изоляции жил кабеля соединительные провода накладываются с помощью изолирующих держателей. В электроустановках выше 1000 в, кроме того, нужно пользоваться диэлектрическими перчатками. После окончания измерения с проверяемого кабеля нужно снять заряд посредством наложения заземления. Измерять сопротивление изоляции мегаомметром разрешается одному лицу, имеющему группу III по ТБ. В тех случаях, когда это измерение входит в содержание работ, выполняемых по наряду или распоряжению, оговаривать его не требуется. Во избежание несчастных случаев при работе на кабеле запрещается работать непосредственной близости во время прожигания или испытания; при прожигании кабеля находиться в кабельном колодце; в туннелях и коллекторах. Допускается нахождение людей только на участках между двумя открытыми входами. Также запрещается применять силовые трансформаторы или другие мощные источники переменного или постоянного тока для прожигания, разрушения «глухого» замыкания на землю и т.д. Если поврежденный кабель находится в кабельном сооружении. Нельзя также применять жидкостные реостаты без ограждения их токоведущих частей. Кабельные линии согласно ПТЭ[10] проходят периодические испытания повышенным напряжением выпрямленного тока с измерением величины токов утечки в процессе испытания.

Заключение

В результате проделанной работы были освещены следующие вопросы:

1. Назначение релейной защиты,

2. Приведена классификация основных типов релейных защит

В расчетной части был сделан:

1. Выбор типов применяемых защиты и мест их установки

2. Выбор трансформаторов тока и их коэффициентов трансформации

Приведены следующие расчеты:

1. Расчёт токов короткого замыкания

2. Расчет параметров выбранных защит

Литература

защита релейный электродвигатель

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 2006.

2. Глинский Е. В., Романюк Ф. А., Тишечкин А. Методические указания по курсовому проектированию по курсу “Релейная защита и автоматизация энергосистем” для студентов специальности 0301, 0302, 0303 А. - Минск; БПИ, 2004.

3. Королееа Е. П., Либерзон Э.М. Расчет допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. - М.: Энергия, 1980.

4.Федосеев А. И. Релейная защита электрических систем.-М.Энергия,1986.

Размещено на Allbest.ru