Современные технические решения релейной защиты и автоматики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева»

Кафедра «Электротехники и промышленной электроники»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Современные технические решения релейной защиты и автоматики

Смелик С.Н.,

студент группы ЗПС-19, 4-го курса

Рыбинск 2023

Задание №5

Защита линий отсечками по току и напряжению. Назначение, схема, принцип действия, расчет уставок срабатывания реле.

Токовые отсечки используются как основные (в сетях низкого напряжения) и резервные (сети высокого напряжения) защиты на линиях с односторонним питанием. На линиях с двусторонним питанием отсечки используются как резервные защиты.

Отсечки применяются как резервные защиты для мощных силовых трансформаторов и как основные для маломощных.

· токовая отсечка в двухфазном, двухрелейном исполнении - комплекты КЗ 9 и КЗ9/2;

· МТЗ с независимой выдержкой времени в двухфазном, двухрелейном исполнении - КЗ12;

· МТЗ в двухфазном двухрелейном исполнении и ТО - двухфазное, трехрелейное исполнение - комплект КЗ13;

· МТЗ с независимой выдержкой времени - двухфазное, трехрелейное исполнение - комплект КЗ17.

Токовой отсечкой (ТО) называют максимальную токовую защиту линий с ограниченной зоной действия. Она предназначена для быстрого отключения КЗ. Это особенно важно для линий, близко расположенных к источнику питания, при большом числе ступеней МТЗ. Токовые отсечки бывают мгновенного действия и с выдержкой времени (двухступенчатые токовые отсечки с выдержкой времени второй ступени до 0,6 с). ТО применяют в двухфазном исполнении как для сетей с малым током замыкания на земле, так и для сетей с большим током замыкания на землю. Она предназначена защищать линию от междуфазных КЗ. ТО действует следующим образом.

При КЗ в точке К (рис. 1, а и б) возбуждается реле РТа и замыкает свои контакты в цепи промежуточного реле РП. Последнее, возбудившись, замыкает своими контактами цепь на отключающую катушку КС) выключателя. При отключении точки КЗ все реле приходят в исходное положение.

Рисунок 1. Совмещенная (а) и разнесенная (б) схемы ТО линии

Рисунок 2. Защитные зоны ТО линии без трансформатора (а) и с трансформатором (б) в конце линии

Избирательность действия токовой отсечки обеспечивают выбором соответствующего тока срабатывания защиты в зависимости от тока КЗ в конце защищаемой линий. На рис. 2, а кривая 2 показывает изменение тока КЗ в зависимости от удаленности точки КЗ от источника питания ИII при одностороннем питании. Чтобы ТО не реагировала на КЗ в точке К2 на шишах приемной подстанции или КЗ в начале следующей линии, ток срабатывания ТО принимают больше тока КЗ. Это принято называть отстройкой ТО от токов КЗ на шинах приемной подстанции..

Ток срабатывания защиты, где ка - коэффициент надежности, равный 1,2-1,3 при реле, РТ-40; I_K.max - наибольший расчетный ток трехфазного КЗ, от которого отстраивают ТО (в нашем случаеI_{к. maх}=I кг).

Расчетный ток КЗ находят при максимальном режиме работы системы (кривая 2), реально возможном в эксплуатации. Точка пересечения кривой изменения тока КЗ. Истоком срабатывания I_с. (горизонтальная линия) определяет длину защищаемой зоны I, от места установки защиты. Участок линии длиной l2 остается нс защищенным ТО. Длина защитной зоны ТО при прочих равных условиях зависит от величины тока КЗ и значения коэффициента надежности. Чем меньше кн и больше ток КЗ, тем длиннее защитная зона. При переходе системы на минимальный режим работы (кривая 1) защитная зона ТО уменьшается вследствие уменьшения; тока КЗ. Защитная зона ТО составляет 60 - 30% длины линии. Нельзя рассчитывать ток срабатывания защиты при минимальном режиме. Если ток КЗ согласно кривой 2 принять при минимальном режиме работы системы и определить защитную зону, то при максимальном режиме (кривая 3) защитная зона удлиняется и выходит за пределы защищаемой линии Л1.

Ток уставки срабатывания реле ТО

Коэффициент чувствительности ТО (кч = 1,5)

где I_кmin - тон двухфазного КЗ в начале защищаемой линии при минимальном режиме работы системы.

Если в конце линии имеется трансформатор, то в защитную зону ТО входит вся линия. Ток срабатывания реле ТО отстраивают от тока КЗ на шинах вторичного напряжения и в формулу вместо I_k.mахподставляют ток КЗ в точке 2, приведенный к первичной обмотке трансформатора через коэффициент трансформации n_фс, т.е.

Увеличение длины защитной зоны ТО, включая часть первичной обмотки трансформатора, возможно потому, что имеется большая разница в токах при КЗ на первичной и вторичной сторонах вследствие большого сопротивления трансформатора.

При двустороннем питании линии направленные токовые отсечки устанавливают с обеих сторон защищаемой линии.

Задание №16

Задачи 11-20 Исходные данные для вычислений приведены в табл. 2.

Начертить схему максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой выдержкой времени питающей линии потребителя в сочетании с токовой отсечкой (ТО). Пояснить назначение МТЗ и ТО линий.

Вычислить ток срабатывания Iс.з. максимальной токовой защиты линии, ток уставки срабатывания реле Iу.ср. Сделать заключение о чувствительности защиты.

Вычислить ток срабатывания Iс.з. токовой отсечки линии, ток уставки срабатывания реле.

Сделать заключение о чувствительности защиты.

Схема трехфазного трех релейного МТЗ и ТО с независимой выдержкой времени (в разнесенном изображении) Рис. 3 и 4.

Рисунок 3. Цепи переменного тока Рисунок 4 - Цепи переменного постоянного оперативного тока

Максимальная токовая защита (МТЗ) - вид релейной защиты, действие которой связано с увеличением силы тока в защищаемой цепи при возникновении короткого замыкания на участке данной цепи. Данный вид защиты применяется практически повсеместно и является наиболее распространённым в электрических сетях.

Токовая отсечка - это разновидность максимальной токовой защиты с ограниченной зоной действия, предназначенная для быстрого отключения короткого замыкания. Отсечки бывают мгновенные и с малой выдержкой времени до 0,6 секунд. Отличие отсечки от МТЗ в отсутствии у токовой отсечки реле времени.

Селективность действия токовой отсечки достигается ограничением ее зоны действия. Эта защита отстраивается от тока КЗ в конце защищаемой линии или места, до которого она должна действовать. Ниже рассмотрим принцип действия различных токовых отсечек и их расчет.

Принятые обозначения в задачах:

I _раб.max - наибольший рабочий ток линии при нормальном режиме;

К _с.з.п. - кф. самозапуска не отключившихся электродвигателей;

K_I - коэффициент трансформации трансформаторов тока;

I _к.min - минимальный ток трехфазного КЗ в конце зоны защиты;

I _к.max - наибольший ток трехфазного КЗ в конце защищаемой линии;

I' _к.min - минимальный ток трехфазного КЗ в начале защищаемой линии.

Тип применяемых в защите токовых реле - РТ-40.

Первичный ток срабатывания максимальной токовой защиты выбирается из условия отстройки от наибольшего тока нагрузки.

Где:

К_н= 1,1ч1,2 - коэффициент надежности (отстройки);

К _с.з.п. - коэффициент самозапуска, учитывающий возрастание тока нагрузки в послеаварийном режиме или после действия АВР за счет самозапуска электродвигателей;

К_в= 0,8ч0,85 (для реле РТ-40) - коэффициент возврата реле;

I _раб.mах - наибольший ток нагрузки защищаемой линии или трансформатора.

Ток срабатывания реле МТЗ:

где:

К_сх= коэффициент схемы;

К_I - коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Наибольший рабочий ток линии при нормальном режиме, принимается равным номинальному току трансформатора I _раб.max. = I_1ном.

Ток срабатывания реле определяется по формуле:

где:

К_сх - коэффициент схемы, равный 1 при включении реле тока на ток фазы и равный при включении реле на разность токов двух фаз;

K_I - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Рисунок 5. Соединение в не полную звезду

Задание №26

Задачи 21-30 Исходные данные для вычислений приведены в табл. 3.

Начертить схему максимальной токовой защиты (МТЗ) токовой отсечки (ТО) двухобмоточного понижающего трансформатора. Пояснить, при каких повреждениях действует МТЗ и ТО.

Вычислить ток срабатывания максимальной токовой защиты Iс.з., ток уставки срабатывания реле Iу.ср. Сделать заключение чувствительности МТЗ.

Вычислить ток срабатывания токовой отсечки Iс.з., ток уставки срабатывания реле Iу.ср.

Сделать заключение о чувствительности ТО.

Тип применяемых в защите токовых реле РТ-40.

Принятые обозначения в задачах:

S _ном.тр. - номинальная мощность двухобмоточного трансформатора;

U_1nom - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

К_тр - коэффициент трансформации понижающего трансформатора;

К_I - коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока;

К_с.з.п. - коэффициент самозапуска неотключившихся электродвигателей;

I _к.min2 - минимальный ток трехфазного короткого замыкания за трансформатором;

I _к.mах - наибольший ток трехфазного короткого замыкания на зажимах вторичной обмотки одиночно работающего защищаемого трансформатора;

I _k.min1 - минимальный ток трехфазного короткого замыкания в месте установки защиты (на зажимах первичной обмотки).

Чувствительность МТЗ проверяется при двухфазном КЗ в конце линии:

Проверка чувствительности МТЗ трансформатора выполняется при двухфазном КЗ на стороне низшего (вторичного) напряжения трансформатора:

Должно выполняться условие: Кч> 1,5.

Первичный ток срабатывания токовой отсечки определяется из условия надежного несрабатывания (отстройки) ее при трехфазном КЗ в конце защищаемой линии или при трехфазном КЗ на стороне низкого напряжения (НН) трансформатора:

;

;

где

К_н= 1,2ч1,3 (для линий);

К_н= 1,3ч1,4 (для трансформаторов);

I_к.max - максимальный ток короткого замыкания в конце защищаемой линии, А.

Ток срабатывания реле Iс.р. определяется по формуле, приведенной выше. Чувствительность отсечки линии проверяется при двухфазном КЗ в начале линии:

где I _k.min - минимальный ток короткого замыкания в конце защищаемой линии, А.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5.

Для трансформатора проверка чувствительности отсечки выполняется при двухфазном КЗ на стороне высшего (первичного) напряжения:

Для токовой отсечки трансформатора наименьшее значение коэффициента чувствительности Кч= 2.

Следует обратить внимание, как обеспечивается избирательность (селективность) каждого типа защиты.

Заключение

1. Кч (Чувствительность МТЗ в конце линии) 1,5>0,4. Не соответствует требованиям;

2. Кч (Чувствительности МТЗ трансформатора на стороне низшего (вторичного) напряжения трансформатора) 1,5>0,39. Не соответствует требованиям;

3. Кч (Чувствительность отсечки линии в начале линии) 1,5?0,16. Не соответствует требованиям;

4. Кч (Чувствительности отсечки на стороне высшего (первичного) напряжения) 2>0,5. Не соответствует требованиям.

Рисунок 6. Схема соединения ТТ в неполную звезду и двумя реле защиты

Задание №35

Пояснить принцип действия и виды дифференциальных защит. Начертить принципиальную схему поперечной дифференциальной токовой направленной защиты. Объяснить назначение основных органов защиты и действие приведенной схемы. Указать достоинства и недостатки защиты.

Для защиты элементов электрических установок широко используется дифференциальный принцип, на котором осуществляются продольные и поперечные дифференциальные защиты с абсолютной селективностью. Продольные дифференциальные токовые защиты используются в основном для защиты элементов с сосредоточенными параметрами, например трансформаторов. Они могут применяться также для защиты линий небольшой длины. Поперечные дифференциальные защиты выполняются в виде дифференциальных токовой и токовой направленной, а также балансной защит. Они служат для защиты двух (и более) параллельных линий, а также для защиты от витковых замыканий обмотки статора синхронного генератора, имеющей параллельные ветви.

Продольная дифференциальная токовая защита основана на сравнении токов в начале и конце защищаемого элемента. для выполнения защиты линии на ее концах устанавливаются измерительные трансформаторы тока с одинаковым. коэффициентом трансформации. Вторичные обмотки трансформаторов тока одноименных фаз и реле соединяются с помощью вспомогательных проводов так, чтобы при коротком замыкании вне защищаемой зоны, ограниченной измерительными трансформаторами, ток в реле отсутствовал, а при повреждении внутри зоны был равен току короткого замыкания.

Существует два вида дифференциальных защит линий:

· Продольная.

· Поперечная.

Это защиты с абсолютной селективностью

Продольная - для защиты элементов с сосредоточенными параметрами: трансформаторов, линий небольшой длины.

Поперечная - для защиты двух и более параллельных линий, обмотки статора генераторов от витковых замыканий, когда имеются параллельные ветви.

Рисунок 7. Принципиальная схема поперечной дифференциальной токовой направленной защиты

Защита состоит из пускового органа (токового реле) включённого так же, как в токовой поперечной дифференциальной защите и органа направления мощности (реле направления мощности) включённого на разность токов защищаемых линий и на напряжение шин питающей подстанции. Оперативный ток подаётся на защиту через последовательно соединённые блок-контакты выключателей обеих линий, для того чтобы защита автоматически выводилась из работы при отключении одной из линий во избежание её неселективного действия при сквозных (внешних) к.з.

Преимущества поперечной дифференциальной защиты:

1. Высокая селективность (100%).

2. Не оказывает влияние на работу других реле в схемах.

3. Мгновенное срабатывание.

Недостатки поперечной дифференциальной защиты:

1. Возрастает необходимость повторного запуска защиты при срабатывании.

2. Не применяется в виде основной и единственной защит.

3. Необходимо учитывать мертвые зоны, которых несколько.

4. Не может защитить концы линии и ошиновку подстанции.

5. Не может определить место короткого замыкания.

6. Не применяется для ЛЭП, где требуется отключить лишь поврежденные участки.

7. Не применяется с автоматическими выключателями.

8. Необходимо полностью отключать линию с повреждением.

Размещено на Allbest.ru