Размещено на http://www.allbest.ru/

3

Министерство образования РФ

Дальневосточный государственный технический университет

КАФЕДРА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

Релейная защита и автоматика систем электроснабжения

Выполнил студент гр. Э - 841

Дрёмин П.А.

Проверил преподаватель

Лю Г.П.

Владивосток - 2002

Содержание

Задание

1. Задание на курсовую работу

2. Общие положения по проектированию релейной защиты

3. Расчет токов короткого замыкания

3.1 Расчет токов короткого замыкания для выбора параметров защит элементов электрических сети

3.1.1 Расчет токов короткого замыкания для точки К1

3.1.2 Расчет токов короткого замыкания для точки К2

3.1.3 Расчет токов короткого замыкания для точки К3

3.1.4 Расчет токов короткого замыкания для точки К4

4. Релейная защита линий электропередачи

4.1 Расчет максимальной токовой защиты и токовой отсечки

5. Релейная защита электродвигателей

5.1 Выбор уставок срабатывания защит электродвигателей

5.1.1 Расчет токовой отсечки

5.1.2 Расчет защиты от замыканий на землю обмотки статора

5.1.3 Расчет защиты от токов перегрузки

5.1.4 Расчет защиты минимального напряжения

6. Релейная защита понижающих трансформаторов

6.1 Защита трансформаторов от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах

6.1.1 Продольная дифференциальная защита с реле типа РНТ-565

6.2 Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями

6.2.1 Максимальная токовая защита

6.3 Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой

6.4 Газовая защита

7. Расчётная проверка трансформатора тока

7.1 Расчётная проверка на 10%-ную полную погрешность

7.2 Расчётная проверка надёжного замыкания контактов электромеханических реле тока

7.3 Предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях ТА

Список литературы

Задание

на курсовую работу по дисциплине «Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения»

Студент Дрёмин П.А. группа Э-841 вариант 4

система
напряжение мощность короткого замыкания Sк длина питающей ЛЭП ВЛ1 (ВЛ2)	35 кВ 800 МВА 9 км
главная понизительная подстанция (ГПП)
напряжение тип и мощность трансформатора нагрузка кабельной линии КЛ1 (КЛ2), Ркл1 max = Pкл2 max, tg длина кабельной линии КЛ1 (КЛ2) суммарная длина кабельных линий	6 кВ ТМН-6300 кВА Ркл1 max = 1,4 МВт tg=0,3 1,6 км 16 км
распределительный пункт (РП)
тип и мощность электроустановки (отв. неотв) длина КЛ от электроустановки до РП тип привода выключателя максимальное время срабатывания защиты на РП	АД-500 кВт (отв) 130 м электромагнитный 0,5 с

1. Задание на курсовую работу

Исходными данными для проектирования являются:

1) электрическая схема первичных соединений системы электроснабжения с указанием типов и мощностей электрооборудования, длин линий электропередач, номинальных напряжений и мощностей нагрузок (рис.1.1);

2) здание на курсовую работу по дисциплине «Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения».

Курсовая работа должна содержать следующие разделы.

1. Введение.

2. Расчет токов короткого замыкания.

3. Защита кабельной линии от ГПП к РП.

4. Защита электродвигателя.

5. Защита силового трансформатора.

6. Выбор трансформаторов тока для релейной защиты.

В курсовой работе должны быть приведены следующие схемы:

а) схема защиты кабельной линии;

б) схема защиты электродвигателя или конденсаторной установки;

в) полная схема защиты силового трансформатора;

г) схема АВР секционного выключателя с кратким описанием работы.

2. Общие положения по проектированию релейной защиты

Расчет релейной защиты заключается в выборе рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле, так и комплексных устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности, чувствительности.

На каждом участке в общем случае должна устанавливаться основная и резервная защиты. При использовании защит со ступенчатыми характеристиками, их первые ступени выполняют функции основной. Резервной является только последняя ступень.

Расчет защит проводится начиная с наиболее удаленного от источника питания участка.

Устройства релейной защиты должны обеспечивать минимально-возможное время отключения короткого замыкания (КЗ) в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы и ограничения степени повреждения элемента системы.

3. Расчет токов короткого замыкания

3.1 Расчет токов короткого замыкания для выбора параметров защит элементов электрических сети

3.1.1 Расчет токов короткого замыкания для точки К1

Сопротивление системы бесконечной мощности принимаем равным нулю. Определяем ток короткого замыкания Iк :

Iк = Uc / (3Х),

где Uc - междуфазное напряжение на шинах системы; Х - результирующее сопротивление до точки КЗ.

Ток КЗ определяется по (3.1) при этом Х рассчитывается с учетом сопротивления системы Хсист., т.е.

Х = Хсист. + Хвн ,

где Хвн - сопротивление цепи от системы до точки КЗ,

Хвн=Lлэп Xлэп

Система задана мощностью короткого замыкания ( Sк ). В этом случае сопротивление системы определяется по выражению:

Хсист. = Uc2 / Sк ,

Осуществляем расчет, согласно приведенным формулам:

Хсист. = Uc2 / Sк= 352/800=1,53 Ом

Хвн=Lлэп Xлэп= 90,4=3,6 Ом

Х = Хсист. + Хвн=1,53 + 3,6 = 5,13 Ом

Iк = Uc / (Х) = 35 / (4,73) = 4,27 кА

3.1.2 Расчет токов короткого замыкания для точки К2

Паспортные данные на силовой трансформатор ТМН 6300/35

Sном, МВА	Пределы регулиро-вания	Uном,кВ	Uкmin,	Uкср,	Uкmax,	?Рк, кВт	?Рх, кВт	Ix,
		ВН	НН
10	±6 * 1,5 %	36	6,3: 10,5	7	7,5	8,6	46,5	8	0,8

Определяем сопротивления трансформатора с РПН, приведенные к регулируемой стороне ВН:

Хтр.ср = Uк.ср% U2ср.вн / (100 Sн.тр ) = 7,5372 / 1006,3=16,3 Ом

Хтр.мин = Uк.мин% U2мин.вн / (100 Sн.тр ) = 733,672 / 1006,3=12,6 Ом

Хтр.макс = Uк.макс% U2макс.вн / (100 Sн.тр ) = 8,640,332 / 1006,3=22,2 Ом

Где Uмин.вн и Uмакс.вн определяем по выражениям:

Uмин.вн = Uср.вн (1 - U*РПН ) = 37 (1-0,09) = 33,67 кВ

Uмакс.вн = Uср.вн (1 + U*РПН ) = 37 (1+0,09) = 40,33 кВ

где Uср.вн -среднее напряжение на стороне ВН, кВ (см. табл.3.1);

Sн.тр - номинальная мощность трансформатора, МВА;

UРПН половина полного диапазона регулирования на стороне ВН трансформатора, о.е.

Т.к. напряжение Uмакс.вн , рассчитанное по формуле (3.9), оказывается меньше наибольшего значения, указанного в табл.3.1, то следует принять это значение.

Таблица 3.1 Номинальные, наибольшие и средние междуфазные напряжения электрических распределительных сетей

Uном., кВ	Uмакс., кВ	Uср., кВ
6	6,9	6,3
10	11,5	10,5
35	40,5	37,0

Для выбора уставок релейной защиты понижающих трансформаторов с РПН I(3)к.макс определяем по выражению:

I(3)к.макс.вн = Uном.вн / ((Хсист.мин + Хвл + Хтр.мин )) ,

I(3)к.макс.вн = 35 / ((1,53 + 3,6 +12,6 )) = 1,14 кА

где I(3)к.макс.вн - максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к ВН. Uном.вн - номинальное междуфазное напряжение сети ВН (табл.3.1).

Приведение I(3)к.макс к нерегулируемой стороне НН осуществляем по минимальному коэффициенту трансформации, соответствующему тому же крайнему положению РПН, при котором вычисляется этот ток:

I(3)к.макс.нн = I(3)к.макс.вн Uмин.вн / Uном.нн ,

I(3)к.макс.нн = 1,1433,67 / 6 =6,4 кА,

где I(3)к.макс.нн - максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к НН.

Минимальный ток короткого замыкания I(3)к.мин вычисляем при наибольшем сопротивлении системы Хсист.макс в минимальном ее режиме и наибольшем сопротивлении трансформатора, вычисленном по (3.7).

I(3)к.мин.вн = Uном.вн / ((Хсист.макс + Хвл + Хтр.макс )) ,

I(3)к.мин.вн = 35/ ((1,53 + 3,6 + 22,2)) = 0,74 кА,

где I(3)к.мин.вн - минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора , приведенный к ВН.

Приведение I(3)к.мин.вн к нерегулируемой стороне НН осуществляем с помощью коэффициента трансформации, при котором вычисляется этот ток:

I(3)к.мин.нн = I(3)к.мин.вн Uмакс.вн / Uном.нн ,

I(3)к.мин.нн = 0,7440,33 / 6 = 4,97 кА,

где I(3)к.мин.нн - минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к НН. Uмакс.вн - максимальное напряжение на ВН, рассчитанное по формуле (3.9), но не более, чем в табл.3.1.

Минимальный ток двухфзного КЗ I(2)к.мин. упрощенно вычисляется по формуле:

I(2)к.мин. = I(3)к.мин. /2.

3.1.3 Расчет токов короткого замыкания для точки К3

Расчет производим аналогично, согласно формулам 3.10 - 3.14, при этом сопротивления схемы складываются последовательно.

Определяем сопротивление КЛ.

Рассчитываем ток рабочий максимальный для кабельной линии:

Iраб. max = Pкл1 max / Uннcosц = 1,4106 / 61030,96 = 140,33 А,

где Pкл1 max - нагрузка кабельной линии (см. задание на курсовое проектирование)

Рассчитываем сечение кабельной линии по экономической плотности тока для Тmax= 3500 ч, следовательно экономическая плотность тока равна jэк = 1,4 А/мм2

S = Iраб. max / jэк = 140,33 / 1,4 = 100,24 мм2,

Выбираю кабель с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами:

Sст = 120 мм2, x0 = 0,258 Ом/км, rо = 0,076 Ом/км.

Рассчитываем активное и реактивное сопротивления КЛ:

Zкл1 = Zкл2 = Lкл(ro + jxo) = 1,6(0,258+0,076) = 0,41+j0,12 Ом,

Приводим сопротивления КЛ к ВН:

Z'кл1 = Zкл1UminВН / UномНН = (0,41+j0,12)(33,67/6)2 = 12,9+j3,78 Ом,

Рассчитываем полное минимальное сопротивление КЛ:



Рассчитываем максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I(3)к.макс.вн = 35 / (25,08) = 0,806 кА,

I(3)к.макс.нн = 0,80633,67 / 6 = 4,52 кА,

Приводим сопротивления КЛ к НН:

Z''кл1 = Zкл1UmaxВН / UномНН = (0,41+j0,12)(40,33/6)2 = 18,52+j5,42 Ом,

Рассчитываем полное максимальное сопротивление КЛ:

Рассчитываем минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I(3)к.мин.вн = 35/ (37,62) = 0,537 кА,

I(3)к.мин.нн = 0,53740,33 / 6 = 3,61 кА,

3.1.4 Расчет токов короткого замыкания для точки К4

Расчет производим аналогично, согласно формулам 3.10 - 3.19, при этом сопротивления схемы складываются последовательно.

Нагрузкой для этой части схемы является асинхронный двигатель АЗ 13 - 52 - 8У4,

Uном = 6 кВ, Рном = 500 кВт, Iп/Iном = 5, cosц = 0,84, nном = 735 об/мин.

Определяем сопротивления КЛ:

Iраб. max=Iном дв = Pном / Uннcosц = 500 / (60,84) = 57,28 А,

S = Iраб. max / jэк = 57,28 / 1,4 = 40,91 мм2,

Sном = 50 мм2, x0 = 0,083 Ом/км, rо = 0,62 Ом/км.

Рассчитываем активное и реактивное сопротивления КЛ:

Xкл = Lкл x0 = 0,13 0,083 = 0,0108 Ом,

Rкл = Lкл rо = 0,13 0,62 = 0,0806 Ом,

Приводим сопротивления КЛ к ВН:

XклВН3 = Xкл (Uмин.вн / Uном.нн)2 = 0,0108 (33,67 / 6)2 = 0,32 Ом,

RклВН3 = Rкл (Uмин.вн / Uном.нн)2 = 0,0806 (33,67 / 6)2 = 2,52 Ом,

Рассчитываем полное минимальное сопротивление КЛ:

Рассчитываем максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I(3)к.макс.вн = 35 / (26,73) = 0,756 кА,

I(3)к.макс.нн = 0,756 33,67 / 6 = 4,24 кА,

Приводим сопротивления КЛ к НН:

XклВН3 = Xкл (Uмакс.вн / Uном.нн)2 = 0,01 (40,33 / 6)2 = 0,45 Ом,

RклВН3 = Rкл (Uмакс.вн / Uном.нн)2 = 0,08 (40,33 / 6)2 = 3,61 Ом,

Рассчитываем полное максимальное сопротивление КЛ:

Рассчитываем минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I(3)к.мин.вн = 35/ (39,9) = 0,506 кА,

I(3)к.мин.нн = 0,506 40,33 / 6 = 3,401 кА.

Сведем все расчетные данные в таблицу 3.2:

Таблица 3.2 Токи короткого замыкания для точек К1, К2, К3 и К4

точки токи кз кз	К1	К2	К3	К4
	ВН	НН	ВН	НН	ВН	НН	ВН	НН
I(3)кmax, кА	3,94		1,14	6,4	0,806	4,52	0,756	4,24
I(3)кmin, кА	3,94		0,74	4,97	0,537	3,61	0,506	3,401
I(2)кmin, кА	3,41		0,64	4,3	0,465	3,13	0,44	2,95

4. Релейная защита линий электропередачи

4.1 Расчет максимальной токовой защиты и токовой отсечки

Для защиты линий, имеющих выключатели с электромагнитными приводами выполняем защиту на выпрямленном оперативном токе с использованием реле тока типа РТ-80 (МТЗ на индукционном элементе, ТО на электромагнитном элементе).

Ток срабатывания МТЗ Iсз определяется по выражению:

Iсз = Iраб.максКотсКз/Кв = 140,331,22,32/0,8 = 488,35 А.

Коэффициент Кз для линий, питающих промышленную нагрузку можно определить по формуле:

Кз = 1/(Iраб.макс / I(3)к max нн (?)3 + 0,4)=1/(140,33 /4520 + 0,4)= 2,32,

где I(3)к max нн (?)3 - ток трехфазного короткого замыкания в точке сети, к которой подключена нагрузка с большим количеством двигателей.

Ток срабатывания МТЗ Iсз определяется по выражению:

Iсз л1 = Котс (Кз Iраб.макс.л2 + Котс Iраб.макс.л1 )/ Кв ,

Iсз л1 = 1,2(2,32 + 1,5) 140,33 / 0,8 = 804,09 А,

где Iраб.макс - максимальный рабочий ток линии;

Котс - коэффициент отстройки;

Кз - коэффициент самозапуска;

Кв - коэффициент возврата, Кв = 0,8 для РТ-80,

Котс принимается равным 1,1-1,2 при использовании реле РТ-40 и РТ-80,

Котс = 1,5-1,6 - коэффициент, учитывающий увеличение тока по линии Л1 из-за понижения напряжения при подключении к ней затормозившихся двигателей, ранее питавшихся от Л2.

За расчётный принимается наибольший ток срабатывания защиты, полученный по выражениям (4.1) и (4.3). Принимаю Iсз л1 = 804,09 А.

Время срабатывания МТЗ выбирается из условий селективности защиты и термической стойкости защищаемого элемента. Время срабатывания последующей защиты (расположенной ближе к источнику питания):

tсз посл. = tсз пред. + t = 0,5 + 0,6 = 1,1 с,

где tсз пред. - время срабатывания предыдущей защиты т.е. максимальное время срабатывания защиты на РП (см. задание);

t - ступень селективности принимается равной (0,4-0,6)с для защит с независимой характеристикой выдержки времени и (0,6-0,7)с для защит с ограниченно зависимой характеристикой,

Коэффициент чувствительности защиты:

Кч = I(2)к.мин / Iсз * ксх ,

где I(2)к.мин - ток двухфазного КЗ в конце защищаемого участка сети в минимальном режиме ()3;

ксх - коэффициент схемы, Кч должен быть не менее 1,5 (ПУЭ).

для однорелейной схемы ксх = ,

для двухрелейной схемы ксх = 1

Кч должен быть не менее 1,5 (ПУЭ).

Принимаем к расчету однорелейную схему:

Кч = I(2)к.мин / Iсз * ксх = 3130 /(804,09 * ) =2,25 > 1,5

Рассчитываем ток срабатывания реле:

Iср = Iсз* ксх / кт = 804,09 * /60 = 23,21 А,

где кт - коэффициент трансформации трансформатора (300/5 = 60).

Для токовых отсечек без выдержек времени, устанавливаемых на линиях и выполняющих функции дополнительных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки отсечки в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме.

Рассчитываем ток срабатывания ТО:

Iсз = Iк max нн (*)3* котс = 4520 * 1,5 = 6,78 кА,

где котс - коэффициент отстройки для ТО без выдержки времени, выбирается в зависимости от типа применяемого реле (для РТ-80 Котс=1,5-1,6).

Рассчитываем коэффициент чувствительности по (4.5):

Кч = I(2)к.max / Iсз * ксх = 6,4 / 6,78 * = 0,54 < 1,2

Не принимаем токовую отсечку без выдержки времени, т.к. коэффициент чувствительности больше допустимого значения.

5. Релейная защита электродвигателей

5.1 Выбор уставок срабатывания защит электродвигателей

5.1.1 Расчет токовой отсечки

Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя по выражению:

Iсз = Котс Кп Iд.н = 2557,28 = 572,8 А ,

где Котс - коэффициент отстройки, учитывающий помимо апериодических составляющих в токе реле при переходных режимах еще и погрешности реле и необходимый запас, его значения для токовых отсечек на реле РТ-80 или РТМ, то Котс = 2;

Кп - кратность пускового тока (см. п. 3.1.4);

Iд.н - номинальный ток двигателя (см. п. 3.1.4).

Рассчитываем ток срабатывания реле (см. 4.7):

Iср = Iсз* ксх / кт = 572,8 * / 16 = 62,01 А,

где кт - коэффициент трансформации трансформатора (80/5 = 16), ксх - коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ, при включении реле на фазные токи равен 1, а при включении реле на разность токов равен .

Чувствительность отсечки определяется по выражению (см. 4.5):

Кч = (I(2)к.мин / кт ) / Iср * ксх = (2950 / 16) / 62,01 * =1,72 > 1,5

где I(2)2 к.мин - вторичный ток двухфазного КЗ на выводах двигателя при минимальном режиме питающей системы.

Значение Кч для однорелейной схемы должно быть не менее 1,5 - условие выполняется.

5.1.2 Расчет защиты от замыканий на землю обмотки статора

Защита от замыканий на землю электродвигателей напряжением 6-10 кВ, работающих в сети с изолированной нейтралью, выполняется с помощью одного реле типа РТЗ-51, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности (ТНП) типа ТЗ, ТЗЛ, ТЗР.

Защита от однофазных замыканий на землю для электродвигателей мощностью до 2 МВт должна предусматриваться при токах замыкания на землю 10 А и более.

Рассчитываем ток при однофазном коротком замыкании на землю:

Iкз(1) = Uнн * L/ 10 = 6 * 16 / 10 = 9,6 А < 10 А,

Т.к. ток однофазного КЗ на землю менее 10 А., то данная защита не предусматривается.

5.1.3 Расчет защиты от токов перегрузки

Защита от перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, подверженным технологическим перегрузкам, и на электродвигателях с особо тяжёлыми условиями пуска и самозапуска перегрузка которых возможна при чрезмерном увеличении пускового периода в следствии понижения напряжения в сети.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от номинального тока двигателя Iн :

Iсз = КотсIн / Кв,

Iсз = КотсIн / Кв = 1,0557,28 / 0,8 = 75,18 А,

где Котс = 1,05 при действии защиты на сигнал;

Iсз = КотсIн / Кв = 1,257,28 / 0,8 = 85,92 А,

Котс =1,1-1,2 - при действии на отключение.

Выдержка времени защиты от перегрузки tсз выбирается из условия надежного несрабатывания при пуске или самозапуске двигателя:

tсз = Котсtп ,

где Котс =1,2-1,3;

tп - время пуска двигателя, не подлежащего самозапуску (или время самозапуска двигателя с самозапуском).

5.1.4 Расчет защиты минимального напряжения

Защита от потери питания выполняется обычно групповой (один комплект защиты на несколько присоединений).

Для электродвигателя самозапуск предусматривается и обеспечивается при любых реальных режимах (время перерыва питания tпп ), так как электродвигатель ответственный. ток замыкание трансформатор обмотка

Первичное напряжение срабатывания:

Uсз = Uз / (Котс Кв ) = 3,6 / (1,2 1,25 ) = 2,4 кВ,

где Uз - напряжение самозапуска;

Uз = 60 % от Uн ; Котс = 1,2;

Кв = 1,25.

Время срабатывания защиты tсз :

tсз tпп.

6. Релейная защита понижающих трансформаторов

6.1 Защита трансформаторов от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах

Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах должны быть предусмотрены следующие виды защит.

1. Продольная дифференциальная защита на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более. Дифференциальная защита может быть предусмотрена на трансформаторах меньшей мощности, но не менее 1 МВА, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с.

2. Токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусматривается дифференциальная защита.

6.1.1 Продольная дифференциальная защита с реле типа РНТ-565

Если чувствительность защиты с реле типа РНТ-565 недостаточна, применяется дифференциальная защита с торможением с реле типа ДЗТ-11.

Порядок расчета дифзащиты с реле РНТ-565 следующий.

1. Определяем первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:

Iн = Sн / (3Uн )

Iн вн = 6300 / (35 ) = 606,22 А,

Iн нн= 6300 / (6 ) = 103,92 А,

2. Выбираем типы трансформаторов тока, их коэффициенты трансформации и схемы соединений для всех сторон защищаемого трансформатора. Коэффициенты трансформации целесообразно выбирать такими, чтобы вторичные токи в плечах защиты не превышали 5 А.

ВН: ТА 150/5, кт = 30,

НН: ТА 800/5, кт = 160,

3. Определяем вторичные токи в плечах защиты:

Iн2 = К(3)схIн / КI ,

где К(3)сх - коэффициент схемы для симметричного режима.

Iн2 вн = 103,92 / 30 = 5,99 А,

т.к. Iн2 вн > 5 А., то этот ток уменьшается за счёт повышения КI , принимается

кт = 40(200/5):

Iн2 вн = 103,92 / 40 = 4,5 А,

Iн2 нн = 1606,22 / 160 = 3,79 А,

4. Выбираем основную сторону защищаемого трансформатора. За основную принимаем сторону, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты - ВН.

5. Рассчитывают первичный ток срабатывания защиты Iсз . Отстройка от расчетного тока небаланса Iнб.расч при переходном режиме внешнего КЗ производится по выражению:

Iсз КотсIнб.расч ,

где Iнб.расч представляет из себя сумму вида:

Iнб.расч = I`нб.расч + I``нб.расч + I```нб.расч ,

I`нб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;

I``нб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

I```нб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на реле расчетных чисел витков для неосновной стороны.

I`нб.расч = КаКоднIк.макс ;

I`нб.расч = 110,11,14·103 = 114 А,

I``нб.расч = UIк.макс ;

I``нб.расч = 0,091,14·103 = 103 А,

I```нб.расч = ( расч - ф )Iк.макс /расч ,

где Iк.макс = I(3)max()2ВН - периодическая составляющая тока, проходящего через трансформатор при расчетном внешнем КЗ, приведенного к основной стороне;

Ка =1 - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ;

Кодн = 1 - коэффициент однотипности ТА;

= 0.1 - погрешность ТА;

U - половина регулировочного диапазона устройства РПН в о.е.;

расч - расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле неосновной стороны;

ф - фактическое (целое) число витков обмотки НТТ неосновной стороны.

Так как число витков расч заранее не определено, вначале Iнб.расч рассчитываем как сумма двух составляющих:

Iнб.расч = I`нб.расч + I``нб.расч = 114 + 103 = 217 А,

Отстройка от броска намагничивающего тока при включении трансформатора в холостом режиме или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания производится по выражению:

Iсз КотсIн ,

где Iн - номинальный ток, соответствующий номинальному напряжению среднего ответвления устройства РПН и номинальной мощности трансформатора (ток должен быть приведен к высокой стороне); Котс = 1,3 - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока.

Iсз = КотсIнб.расч = 1,3 217 = 282 А,

Iн = Sн / (Uн ) = 6300 / 37 = 98,31 А,

Iсз = КотсIн = 1,398,31 = 127,797 А,

Из двух значений, полученных по (6.3) и (6.9), принимается большее: Iсз = 282 А.

6. Предварительная проверка чувствительности выполняется по выражению:

Кч = 1,5I(3)к.мин / (Iсз ) = 1,5740 / (282 ) = 2,27 > 2,

где I(m)к.мин - минимальное значение периодической составляющей тока КЗ рассматриваемого вида (m) в защищаемой зоне (·)-2, приведенного к стороне основного питания (ВН);

Iсз -ток срабатывания защиты, приведенный к стороне основного питания;

К(m)сх - коэффициент схемы, определяемый видом повреждения (m), схемой соединений ТА на стороне основного питания и схемой соединений обмоток защищаемого трансформатора.

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 2 (ПУЭ).

7. Определяется ток срабатывания реле, приведённый к основной стороне (ВН):

Iср.осн = Icp·К(3)сх / КI = 282 · /40 = 12,22 А.

8. Определяется число витков обмотки НТТ реле для основной стороны:

осн.расч. = Fср / Iср.осн = 100/12,22 = 8,19,

где Fср - магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания реле РНТ-565, принимается равной 100 А.

Принимается ближайшее меньшее число витков осн= 8 , которое может быть установлено на НТТ реле.

9. Определяется число витков обмоток неосновной стороны защищаемого трансформатора:

расч = оснIосн.2 / I2 = 8·4,5/3,79 = 9,499 ,

где Iосн.2 , I2 - токи в плечах дифзащиты для основной и неосновной сторон, рассчитанные по

Принимается ближайшее целое число витков ф = 9.

10. Определяется первичный уточненный ток небаланса Iнб.расч с учетом составляющей I```нб.расч

I```нб.расч = ( расч - ф )Iк.макс /расч = (9,499-9)·1140/9,499 = 59,89 А,

Iнб.расч = I`нб.расч + I``нб.расч + I```нб.расч = 114+103+59,89= 276,89 А.

11. Определяется ток срабатывания защиты по уточненному значению тока небаланса по.

Iсз = КотсIнб.расч = 1,3 276,89 = 359,95 А,

12. Определяется коэффициент чувствительности защиты по (6.10), который должен удовлетворять требованиям ПУЭ:

Iср.осн = Icp·К(3)сх / КI =359,95 · /40 = 15,586 А,

осн.расч. = Fср / Iср.осн = 100/15,586 = 6,42 ,

осн= 6,

расч = оснIосн.2 / I2 = 6·4,5/3,79 = 7,12,

ф = 7

I```нб.расч = ( расч - ф )Iк.макс /расч = (7,12-7)·1140/7,12 = 19,86 А,

Iнб.расч = I`нб.расч + I``нб.расч + I```нб.расч = 114+103+19,86= 236,86 А,

Iсз = КотсIнб.расч = 1,3 236,86 = 307,92 А,

Кч = 1,5I(3)к.мин / (Iсз ) = 1,5740 / (307,92 ) = 2,08 > 2,

Коэффициент чувствительности по требованиям ПУЭ проходит.

Iср = Iсз·Kсх /КI = 307,92·/40 =13,33 А.

6.2 Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями

На трансформаторах мощностью менее 1 МВА в качестве защиты от токов, обусловленных внешними КЗ, должна быть предусмотрена действующая на отключение максимальная токовая защита (МТЗ).

6.2.1 Максимальная токовая защита

Защита выполняется на реле тока типа РТ - 40

Рассчитываем номинальный ток:

Iном = Sном / Uном = 6300 / 35 = 103,92 А,

Рассчитываем ток рабочий максимальный:

Iраб. max = 1,4 Iном = 1,4103,92 = 145,488 А,

Берётся трансформатор тока ТВД - 35 МКП с коэффициентом трансформации 30(150/5).

Ток срабатывания защиты:

Iсз = КотсКзIраб.макс / Кв ,

Iсз = 1,22,32145,488 / 0,85 = 476,516 А,

где Iраб.макс - значение максимального рабочего тока в месте установки защиты;

Кз - коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска электродвигателей (согласно формуле 4.2)

Значение коэффициента чувствительности для МТЗ должно быть не менее 1,5 при КЗ в основной зоне и примерно 1,2 при КЗ в зоне резервирования. Время срабатывания МТЗ не должно превышать 3с для трансформаторов с UВН 110 кВ и 4с с UВН 110 кВ.

Коэффициент чувствительности защиты при КЗ в основной зоне:

Кчосн =1,5·I(3)к.мин(·)2 / Iсз * ксх =1,5* 740 /(476,516 *) = 1,52

Коэффициент чувствительности защиты при КЗ в зоне резервирования:

Кчрез =1,5·I(3)к.мин(·)3 / Iсз * ксх =1,5?537/(476,516 *1) = 1,69

Условие выполняется.

Iср = Iсз·Kсх /КI = 476,516·/30 =27,512 А.

6.3 Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой

Рассчитываем номинальный ток:

Iном = Sном / Uном = 6300/ 35 =103,92 А,

Ток срабатывания защиты от перегрузки:

Iсз = КотсIн / Кв = 1,05 103,92 / 0,85 = 128,372 А, (6.15)

где Iн - номинальный ток обмотки трансформатора с учетом регулирования напряжения, на стороне которой установлено реле;

Котс - принимается равным 1,05.

Реле защиты присоединяется к трансформатору тока, на котором установлена МТЗ.

Iср = Iсз·Kсх /КI = 128,372·/30 =7,41 А.

Защита от перегрузки устанавливается в одной фазе и действует на сигнал.

6.4 Газовая защита

Газовая защита предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженными расширителями, от всех видов внутренних повреждений (витковые замыкания, понижение уровня масла, междуфазное короткое замыкание внутри трансформатора).

При незначительном газообразовании газовая защита действует на предупредительный сигнал. При бурном газообразовании или при сильном снижении уровня масла, газовая защита дает команду на отключение трансформатора.

К установке принимаем реле РГ 43-66.

Принципиальная типовая схема защиты и управления на переменном оперативном токе двухобмоточного трансформатора 35/10 кВ приведена на рис.4 (приложение).

7. Расчётная проверка трансформатора тока

Проверка осуществляется для ТА, установленного на высокой стороне понижающего трансформатора, имеющего нагрузку в виде МТЗ и защиты от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой см. рис.4 (приложение).

7.1 Расчётная проверка на 10%-ную полную погрешность

Расчётная проверка выполняется в следующем порядке.

1. Определяется значение предельной кратности k10.

k10 = I1расч/I1ном = 524,167/150 = 3,49,

где I1ном - первичный номинальный ток трансформатора тока;

I1расч - первичный расчётный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформатора тока с погрешностью не более 10%.

I1расч = 1,1?Iсз = 1,1?476,516 = 524,168 А ,

где Iсз - наибольший ток срабатывания из двух защит (Iмтзсз).

2. Подбирается кривая предельных кратностей, соответствующая типу трансформатора тока, классу обмотки и коэффициенту трансформации (см. рис. 7.1).

Выбран трансформатор ТВД - 35 МКП : КI = 150/5

3. Для значения k10 по рис.7.1 определяется допустимое значение сопротивления вторичной нагрузки Zн доп. При этом значении Zн доп полная погрешность е = 10%.

Zн доп = 1,3 Ом.

4. Определяется фактическое расчётное значение сопротивления нагрузки ТА:

Zн.расч. = Zпр. + Zр.ф. + Zпер.

где Zпр. - сопротивление соединительных проводов, Ом;

Zр.ф. - полное сопротивление реле;

Zпер. = 0,05 Ом - переходное сопротивление на контактах реле.

Zпр. = с?L/S = 0,029?60/5 = 0,348,

где с = 0,029 Ом?мм2/м удельная проводимость соединительных алюминиевых проводов;

L - длина соединительных проводов;

S - сечение соединительных проводов, S = 4 - 6 мм2;

Zр.ф. = Sном.реле / I22ном = (2?0,8+0,5)/52 = 0,084 Ом,

где Sном.реле складывается из мощностей двух реле МТЗ и одного реле защиты от перегрузки;

РТ - 40/20: Iср = 5-10, Sном = 0,5 Вт (защита от перегрузки),

РТ - 40/50: Iср = 12,5-50, Sном = 0,8 Вт (МТЗ).

Zн.расч. = 0,348+0,084+0,05 = 0,482 Ом.

5. Т.к. Zн.расч. Zн доп , то е 10%

6. К10доп = 10 (см. рис. 7.1).

7.2 Расчётная проверка надёжного замыкания контактов электромеханических реле тока

При КЗ в начале защищаемой зоны значения токов могут в несколько раз превышать то значение расчётного тока, при котором производилась проверка ТА на 10%- ную погрешность. В связи с этим весьма вероятно увеличение токовых погрешностей свыше 10%. При этом увеличивается угловая погрешность, что может привести к неправильной ориентации направленных реле, и искажается форма кривой вторичного тока, что может вызывать вибрацию контактов реле и отказ срабатывания защиты. Искажение формы кривой вторичного тока прямо связано с токовой погрешностью ТА: чем больше токовая погрешность, тем больше искажается форма вторичного тока. Значение допустимой токовой погрешности fдоп, при котором обеспечивается надёжное замыкание контактов, зависит от типа реле и защиты.

Для реле РТ - 40 fдоп = 50%.

Максимальное значение токовой погрешности fмах определяется при максимальном значении тока при КЗ в месте установки защиты I(3)1к.мах (·)-1 в следующем порядке:

1. Рассчитывается максимальная кратность для принятого ТА с первичным током I1ном:

kмах = I1к.мах/I1ном = 3940/150 = 26,27,

2. Определяется коэффициент А по выражению:

А = kмах / К10доп = 26,27/10 = 2,627,

где К10доп - предельная кратность, соответствующая значению фактической расчётной нагрузки Z н. расч., определяется по кривой предельных кратностей ТА данного типа, класса и коэффициента трансформации (см. рис. 7.1).

3. По кривой А = (f) (см. рис. 7.2) определяется fмах.

Т.к. fмах fдоп, то второе требование к ТА выполнено.

7.3 Предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях ТА

Амплитудное значение напряжения на выводах вторичной обмотки ТА определяется по выражению:

U2мах = ? Кмах ? I2ном ? Zн. расч. = ?26,27?5?0,482 = 89,535 В.

Третье требование к ТА выполняется при условии:

U2мах ?U2доп ,

?U2доп = ?1000 = 1414,21 В.

Требование выполняется, ТА проходит по всем требованиям.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. /Минэнерго СССР, -6-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1986 -648с.

2. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. -Л.: Энергоатомиздат, 1985, -296с.

3. Руководящие указания по релейной защите. Расчет токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики. -М.: Энергия, 1979, -150с.

4. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ. Расчеты. -М.: Энергоатомиздат, 1985, -96с.

5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. -М.: Высш. шк., 1991. -496с.

6. Реле защиты. /Под ред. В.С. Алексеева и др. -М.: Энергия, 1976. -464с.

7. Беркович М.А. и др. Основы автоматики энергосистем. -М.: Энергоатомиздат, 1981, -432с.

8. Королёв Е.П., Либерзон Э.М. Расчёты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. - М.: Энергия, 1980.

Размещено на Allbest.ru