Все условия выбора выполняются. Принимаем к установке трансформатор тока данного типа. Установим его в ячейку между секций, во вторичную обмотку включаем счетчик электроэнергии Меркурий 230 ART и амперметр Э350.

Выберем трансформаторы тока на отходящие линии. Выбираем трансформаторы тока марок ТПЛК-10-0,5-300/5 У3 и ТПЛК-10-0,5-200/5 У3 [16]. Паспортные данные и проверка трансформаторов представлены в таблицах 46 и 47 соответственно.

Таблица 46 - Характеристики трансформаторов тока ТПЛК-10

Таблица 47 - Выбор трансформаторов тока на отходящие линии 6 кВ

Выбираем трансформаторы собственных нужд. Определяем нагрузки собственных нужд ГПП. Результаты сводим в таблицу 48.

Таблица 48 - Расчет мощности трансформаторов собственных нужд ГПП

Нагрузка на один трансформатор определяется по формуле, кВА

S_нагр=S_сумК₀, (92)

где К₀ - коэффициент одновременности, принимаем К₀ = 0,7.

S_нагр =109·0,7=76,3 кВА.

Для трансформатора СН должен быть предусмотрен резерв (1,3 ч 1,4)·S_т

С учётом этого

S_расч = 1,3•76,3 = 99,19 кВ·А.

Выбираем трансформатор ТСЗ-100/6 У3 [13], паспортные данные которого приведены в таблице 49 .

Таблица 49 - Паспортные данные трансформатора ТСЗ-100/6 У3

Принимаем к установке 2 трансформатора.

Аналогично выбираем трансформатор собственных нужд для РУ 6 кВ. Определяем нагрузки собственных нужд РУ. Результаты сводим в таблицу 50.

Таблица 50 - Расчет мощности трансформаторов собственных нужд РУ

Нагрузка на один трансформатор по формуле (92):

S_нагр =22·0,7 = 15,4 кВА.

С учётом резерва

S_расч = 1,3•15,4 = 20,02 кВА.

Выбираем трансформатор ТСЗ-25/6 У3 [13], паспортные данные которого приведены в таблице 51.

Таблица 51 - Паспортные данные трансформатора ТСЗ-25/6 У3

Принимаем к установке 2 трансформатора ТСЗ-25/6 У3.

Выбираем трансформатор напряжения НАМИ-6 УХЛ1. Данный трансформатор подходит по номинальному напряжению, классу точности. Принимаем к установке трансформатор напряжения данного типа. Устанавливаем его на каждую секцию шин.

Во вторичную обмотку трансформатора напряжения включаем вольтметр Э365.

Для защиты трансформаторов напряжения выбираем ограничители перенапряжений ОПН-П-6.

Подбираем предохранители для защиты ТСН. Определяем рабочий ток, А, по формуле (28)

А.

Номинальный ток, А, плавкой вставки определяется по условию:

(93)

Выбираем предохранитель ПКТ 101-6-10-20 УЗ [19] с номинальным током плавкой вставки А.

Для защиты электрических цепей переменного тока и трансформаторов напряжения выберем предохранитель ПКН-6 на номинальное напряжение 6 кВ.

На каждой отходящей кабельной линии устанавливаем счетчик электроэнергии Меркурий 230 ART и амперметр Э365.

4.3 Выбор коммутационного оборудования на стороне 0,4 кВ

Осуществляем выбор вводных и линейных автоматических выключателей на ЦТП, РП и БК по номинальному току. Выбираем автоматические выключатели марки ВА-СЭЩ [22]. Выбор сведен в таблицу 52.

Таблица 52 - Выбор вводных и линейных автоматических выключателей 0,4 кВ

4.4 Проверка цеховых аппаратов защиты на селективность

Произведем проверку выбранных аппаратов защиты на селективность. Времятоковые характеристики выключателей приведены на рисунках 11, 12 и 13.

Рисунок 11 - Времятоковые характеристики выключателей серии ВА88-32

Рисунок 12 - Времятоковые характеристики выключателей серии ВА88-35

Рисунок 13 - Времятоковые характеристики выключателей серии ВА88-40

Проверка выключателя электроприёмника №1, отходящего от СП-1 ВА 88-32: при время срабатывания по характеристике (рисунок 11) t_ср1 = 0,012 с.

- отношение тока КЗ к номинальному току расцепителей автоматов.

Проверка выключателя на отходящей линии от РУ к СП1 ВА88-35: при время срабатывания по характеристике (рисунок 12) t_ср2 = 0,017 с.

Проверка вводного выключателя ВА88-40: при время срабатывания по характеристике (рисунок 13) t_ср3 = 0,024 с.

t_ср1< t_ср2< t_ср3.

Таким образом, делаем вывод, что селективность обеспечена.

Аналогично проверяется селективность других выключателей.

5. РАСЧЕТ И ВЫБОР УСТРОЙСТВ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Производим выбор устройств и расчет параметров срабатывания релейной защиты силового трансформатора ТП-3, синхронного двигателя 6 кВ и секционного выключателя.

Для питания оперативных цепей принимаем независимую систему питания напряжением 220 В постоянного тока.

Максимальные значения токов трехфазного КЗ рассчитаны в разделе 3 пояснительной записки. Минимальное значение тока трехфазного КЗ вычисляем аналогично, но при максимальном значении сопротивлений.

кА; кА; кА; кА; кА; кА; кА; кА;

кА; кА; кА; кА.

Схема замещения для расчетов токов КЗ приведена на рисунке 14.

Рисунок 14 - Схема замещения для расчетов токов КЗ

5.1 Защита синхронного двигателя 6 кВ

На синхронных электродвигателях напряжением выше 1000 В и мощностью менее 5 МВт устанавливают релейную защиту от следующих видов повреждений и ненормальных режимов:

- многофазных КЗ в обмотке статора и на её выводах;

- замыканий на землю в обмотке статора;

- от асинхронного режима;

- токов перегрузки;

- потери питания.

Выбираем блок микропроцессорной релейной защиты серии БМРЗ-ДС фирмы «НТЦ Механотроника» [23].

5.1.1 Токовая отсечка

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от максимального пускового тока электродвигателя, А:

, (94)

где - коэффициент отстройки, = 1,3;

- кратность пускового тока, = 7;

- номинальный ток электродвигателя, А, рассчитывается по формуле (14):

А;

А.

Вторичный ток срабатывания, А, рассчитывается по формуле

, (95)

где - коэффициент трансформации ТТ, (ТТ типа ТПЛК-10);

А.

Ток уставки, А:

.

Коэффициент чувствительности:

, (96)

где - ток минимального двухфазного КЗ в точке К5, А:

; (97)

А;

.

Согласно ПУЭ , следовательно, чувствительность обеспечена.

5.1.2 Максимальная токовая защита от перегрузки

Электродвигатель компрессорной является ответственным и подвержен технологической перегрузке, поэтому в соответствии с ПУЭ принимается МТЗ.

Первичный ток срабатывания, А:

, (98)

где - коэффициент отстройки, при действии защиты на сигнал и при действии защиты на отключение;

- коэффициент возврата, ;

- длительно допустимый ток электродвигателя, А.

В соответствии с ПУЭ номинальная мощность электродвигателей должна сохраняться при отклонении напряжения до %, т.е. определяется по формуле

; (99)

А.

Таким образом, максимально возможное значение тока срабатывания защиты от перегрузки составит:

А.

Вторичный ток срабатывания, А, определяем по формуле (95):

.

Ток уставки, А:

.

Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается из условия надёжного несрабатывания при пуске и самозапуске, с:

, (100)

где - коэффициент запаса, =1,3;

- время пуска для электродвигателей, не подлежащих самозапуску, или время самозапуска для двигателей, которые участвуют в самозапуске после исчезновения, а затем восстановления напряжения, = 10 с;

с.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузки не определяется, поскольку она не предназначена для действия при КЗ.

5.1.3 Защита от асинхронного режима

Для предотвращения отказа защиты от асинхронного режима с независимой от тока характеристикой выдержки времени при биениях тока асинхронного режима в схему защиты включают промежуточное реле с замедлением на возврат. Время возврата промежуточного реле по условию асинхронного режима, возникающего в результате обрыва цепи возбуждения

, (101)

где - скольжение в процентах при номинальной нагрузке и снятом возбуждении;

- момент нагрузки.

Выдержка времени защиты от работы в асинхронном режиме должна быть примерно в 1,5 раза больше . При этом время срабатывания может оказаться недопустимо большим. В этом случае предусматривается отдельная защита, фиксирующая выпадение возбуждённого электродвигателя из синхронизма ( = 1,5-2 с), и отдельная защита для фиксации потери возбуждения, имеющая выдержку времени равную 3-5 с.

Ток срабатывания защиты от асинхронного режима, А:

(102)

Ток срабатывания защиты от потери возбуждения, А:

, (103)

где - ток возбуждения при холостом ходе, номинальном напряжении минимальном токе статора двигателя, А, = 150 А;

А.

Защита от асинхронного режима действует на отключение двигателя.

5.1.4 Защита от замыкания на землю в обмотке статора

Защита электродвигателей мощностью до 2000 кВт от однофазных замыканий на землю должна предусматриваться при значениях тока однофазного замыкания или остаточного тока замыкания на землю (при наличии компенсации) 10 А и более.

Первичный расчётный ток срабатывания защиты от замыкания на землю в обмотке статора электродвигателя определяется по условию отстройки от броска собственного емкостного тока присоединения при внешнем замыкании на землю, А:

, (104)

где - коэффициент отстройки, =1,2;

- коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока электродвигателя при внешних перемежающихся замыканиях на землю, ( =3-4 - для защиты без выдержки времени и =1,5-2 - для защиты с выдержкой времени 1-2 с);

- сумма собственного емкостного тока электродвигателя и питающих его кабелей, А, которая определяется по формуле

, (105)

где f - частота тока, Гц;

С - емкость фазы электродвигателя, Ф;

U_н - номинальное напряжение электродвигателя, В;

I_ск - емкостной ток кабельной линии, А/км, I_ск = 0,4 А/км (для кабеля ААБл 3х16).

При отсутствии данных завода-изготовителя емкость фазы двигателя, мкФ, можно определить по формуле

, (106)

где - номинальная мощность двигателя, кВА;

n - часта вращения, мин^-1.

Рассчитаем номинальную мощность двигателя, кВА:

; (107)

.

Произведем расчеты по формулам (104) -(106):

мкФ;

А;

А.

Коэффициент чувствительности определяем по формуле

; (108)

.

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ (k_ч >1,25), чувствительность обеспечена.

5.1.5 Защита минимального напряжения

Для защиты электродвигателей от потери питания используют защиту минимального напряжения, выполняемую одно- или двухступенчатой.

Так как двигатель является ответственным, то он должен быть отключен только при длительном отсутствии напряжения на шинах РУ.

Уставки срабатывания первой ступени защиты минимального напряжения выбираются по формулам

(109)

(110)

Уставки срабатывания второй ступени выбираются по формулам

(111)

(112)

5.2 Защита трансформатора ТП-3

Для защиты трансформатора 6/0,4 кВ используем следующие защиты:

- токовая отсечка;

- МТЗ;

- МТЗ от перегрузок;

- защита от однофазных замыканий на землю;

- газовая защита.

Выбираем блок микропроцессорной релейной защиты серии БМРЗ-101 фирмы «НТЦ Механотроника» [23].

5.2.1 Токовая отсечка

На трансформаторах мощностью менее 6,3 МВА применяется в качестве основной защиты от междуфазных КЗ. Токовая отсечка обеспечивает защиту от междуфазных КЗ кабельной линии, выводы ВН трансформатора и часть обмотки ВН.

Первичный ток срабатывания отсечки по условию селективности, А:

, (113)

где - коэффициент отстройки, ;

- максимальное значение периодической составляющей тока КЗ на шинах НН, приведенного к стороне ВН, А. Ток КЗ на низкой стороне ЦТП-3 равен 16941 А, тогда .

А;

А.

Вторичный ток срабатывания, А, вычисляется по формуле (95)

А.

Коэффициент чувствительности вычисляем по формуле

, (114)

где - ток минимального двухфазного КЗ на выводах ВН трансформатора, А:

(115)

.

Поскольку , защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

Защита срабатывает на отключение трансформатора без выдержки времени.

5.2.2 Максимальная токовая защита

МТЗ применяется от сверхтоков обусловленных перегрузкой, устанавливается на трансформаторах мощностью от 400 кВА и выше, так же она выполняет функции ближнего и дальнего резервирования при междуфазных КЗ.

Ток срабатывания, А, рассчитывается по формуле

, (116)

где - коэффициент отстройки, ;

к_сп - коэффициент самозапуска электродвигателей нагрузки трансформатора;

к_в - коэффициент возврата;

- максимальный рабочий ток трансформатора, А.

При отсутствии информации о к_сп и ток срабатывания рассчитывается на основании следующей зависимости:

, (117)

где - номинальный ток трансформатора, I_н.т = 99,6 А;

.

Вторичный ток срабатывания, А, рассчитывается по формуле (95)

Время срабатывания МТЗ выбирается исходя из следующих условий:

- для обеспечения термической стойкости трансформатора время срабатывания не должно превышать допустимых значений;

- для обеспечения селективности время срабатывания МТЗ согласуется с выдержками времени аналогичных ступеней защит смежных объектов.

В случае применения защит с независимыми характеристиками время срабатывания МТЗ, с, рассчитывается по формуле

, (118)

где - время срабатывания предыдущей защиты, с, с (время срабатывания расцепителя автоматического выключателя на стороне 0,4 кВ);

- ступень селективности, с, с;

с.

Коэффициент чувствительности для ближнего резервирования:

, (119)

где - ток минимального двухфазного КЗ на выводах НН, А:

(120)

А;

.

Поскольку 1,5, то защита удовлетворяет требованиям ПУЭ для ближнего резервирования.

Коэффициент чувствительности для дальнего резервирования:

, (121)

электрический нагрузка силовой замыкание

где - ток минимального двухфазного КЗ в конце зоны дальнего резервирования, т.е. на шинах РП-5, приведенный к стороне ВН, А:

(122)

А;

.

Поскольку >1,2, то защита удовлетворяет требованиям ПУЭ для дальнего резервирования.

Коэффициент чувствительности к однофазным КЗ рассчитаем по формуле

. (123)

При однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора со схемой соединения , ток , поскольку у этих трансформаторов , следовательно, А.

.

Согласно ПУЭ , следовательно, МТЗ отвечает требованиям чувствительности к однофазным замыканиям для ближнего резервирования.

Коэффициент чувствительности для дальнего резервирования вычисляется по формуле

, (124)

где - ток минимального однофазного КЗ на выводах в конце зоны дальнего резервирования, приведенный в ВН, А;

.

Согласно ПУЭ , следовательно, МТЗ отвечает требованиям чувствительности к однофазным замыканиям для дальнего резервирования.

При достаточной чувствительности к однофазным КЗ отпадает необходимость в использовании специальной токовой защиты нулевой последовательности.

5.2.3 Максимальная токовая защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты, А, определяется по формуле

, (125)

где - коэффициент отстройки, ;

- коэффициент возврата, ;

.

А.

Вторичный ток срабатывания, А, определяется по формуле (95):

А.

5.2.4 Защита от однофазных замыканий на землю

Ток срабатывания защиты определяем из условия отстройки от емкостного тока кабеля (собственный емкостной ток трансформатора не учитываем), А:

, (126)

где - коэффициент отстройки, = 1,25;

- коэффициент броска, учитывающий бросок собственного емкостного тока защищаемого присоединения при внешних замыканиях на землю, = 2;

- собственный емкостной ток присоединения, А;

Собственный емкостной ток кабеля, А, вычисляется по формуле

, (127)

где - удельный собственный емкостной ток кабеля, = 0,4 А/км;

- длина кабеля, =0,23 км.

;

.

Принимаем ток срабатывания защиты от замыкания на землю =0,23 А, который является и током уставки.

Защита от однофазных замыканий на землю действует на сигнал.

5.2.5 Газовая защита

Для защиты трансформатора от внутренних повреждений выбираем газовое реле типа РГТ-80.

5.3 Защита секционного выключателя

Согласно ПУЭ на секционном выключателе 6 кВ должна быть предусмотрена двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ. Первая ступень - токовая отсечка, вторая ступень - МТЗ с выдержкой времени.

Выбираем блок микропроцессорной релейной защиты серии БМРЗ-СВ фирмы «НТЦ Механотроника» [23].

5.3.1 Токовая отсечка

“Базовая” конструкция заземляющего устройства приведена на рисунке 15.

Рисунок 15 - “Базовая” конструкция заземляющего устройства

В установках 6-35 кВ с незаземлённой или с резонансно-заземлённой нейтралью сопротивление заземляющего устройства в любое время года, Ом,:

, (134)

где - емкостной ток однофазного замыкания на землю, А, который определяется по формуле

, (135)

где - длина воздушной линии,

А;

Ом.

Значение не должно превышать 10 Ом [24]. Таким образом, окончательно принимаем

Сопротивление естественных заземлителей принимаем равным .

Т.к. , то необходимо сооружение искусственных заземлителей, сопротивление которых, Ом, определяем по формуле

, (136)

Ом.

В качестве искусственных заземлителей применяем вертикальные стержни длиной 5 м, диаметром 12 мм и стальные горизонтальные полоcы мм. Расчетная модель заземляющего устройства приведена на рисунке 16.

Рисунок 16 - Расчетная модель заземляющего устройства

Определяем расчётное удельное сопротивление грунта, Ом•м: