Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

(национальный исследовательский университет)

Факультет «Энергетический»

Кафедра «Системы электроснабжения»

Э-426.140400.00.20.09 ПЗ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

по курсу «Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения»

Автор проекта

студент группы Э-426

Киселева Г.А.

Нормоконтролер Руководитель

Ершов А.М. Ершов А.М.

Челябинск 2015



Аннотация

Киселева Г.А. - Челябинск: ЮУрГУ, Э; 2015, 66с., 30 ил.,11 таблиц, библиогр. список - 5 наим

В настоящем курсовом проекте рассматриваются вопросы проектирования устройств релейной защиты, предназначенных для обеспечения нормальной работы систем электроснабжения (СЭС) и повышения надежности электроустановок потребителей.



Оглавление

Введение

Исходные данные

1. Составление принципиальной схемы электрической сети

2. Расчет и выбор предохранителей f3 и f1

3. Расчет и выбор микропроцессорных расцепителей автоматических выключателей QF4, QF3, QF1

3.1 Выбор выключателя QF4

3.1.1 Защита от перегрузок

3.1.2 Селективная токовая отсечка

3.1.3 Мгновенная токовая отсечка

3.2 Секционный выключатель QF3

3.2.1 Защита от перегрузок

3.2.2 Селективная токовая отсечка

3.2.3 Мгновенная токовая отсечка

3.3 Водной выключатель QF1

3.3.1 Защита от перегрузок

3.3.2 Селективная токовая отсечка

3.3.3 Мгновенная токовая отсечка

4. Расчет защиты трансформатора напряжением 6/0,4

4.1 защита от перегрузок

4.2 Селективная токовая отсечка

4.3 Мгновенная токовая отсечка

5. Расчет защит, установленных в начале линии, питающей трансформаторную подстанцию, на секционном выключателе РП и в начале линии КЛ1

5.1 Защита, отходящей от РП линии, установленная на выключателе Q17

5.1.1 Селективная защита с зависимой от тока выдержкой времени

5.1.2 Мгновенная токовая отсечка

5.2 Защита, установленная на секционном выключателе Q15 РП

5.2.1 Селективная защита с зависимой от тока выдержкой времени

5.2.2 Мгновенная токовая отсечка

5.3 Защита, отходящей от ПС линии, установленная на выключателе Q13

5.3.1 Селективная защита с зависимой от тока выдержкой времени

5.3.2 Мгновенная токовая отсечка

6. Расчет защиты электрической сети напряжением 6-10 кВ

6.1 Устройство неселективной сигнализации

6.2 Устройства селективной защиты от ОЗЗ

Заключение

Библиографический список

релейный трансформатор электроустановка напряжение



Введение

Релейная защита и автоматика - это комплекс автоматических устройств, состоящих из устройств автоматического управления и устройств автоматического регулирования.

При проектировании и эксплуатации любой электроэнергетической системы приходится считаться с возможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов. Наиболее распространенными и в то же время наиболее опасными видами повреждений являются короткие замыкания (КЗ).

Релейная защита от КЗ обычно выполняется в виде автономных устройств, включаемых на элементах электрической системы реагирующих на КЗ в данных зонах и действующих на выключатели этих элементов.



Исходные данные

Таблица 1 - Параметры схемы внешнего электроснабжения

№ варианта	Параметры схемы внешнего электроснабжения	Токи короткого замыкания
		Точка А	Точка Б
	UС, кВ	Воздушная линия	Тип трансформаторов Т1 и Т2	кА	кА	кА	кА
		L, км	Марка провода
20	110	7,5	АС-150	ТРДН-32000/110/6,3/6,3	27,61	17,32	11,95	8,91

Таблица 2 - Параметры электрической сети напряжением 6-10 кВ

№ варианта	Параметры электрической сети напряжением 6-10 кВ
	Кабельные линии КЛ1 и КЛ2	Кабельные (КЛ3-КЛ8) или воздушные (ВЛ3-ВЛ8) линии
	L, м	Марка кабеля	К-во кабелей в линии	№ КЛ, ВЛ	Длина, м	Тип провода / кабеля
20	600	М-3х185	2	5,6	500	А-3х70
19,50	8,65	17,35	7,67	12,83	6,50

Таблица 3 - Параметры трансформаторных подстанций 6-10/0,4 кВ и электрической сети напряжением 380 В

№ варианта	Параметры электрической сети напряжением 380 В
	Трансформаторы 6-10/0,4 кВ	Линия между ТП и РПН (ВРУ), ШМ, ШР
	Коммутационный аппарат перед Т	№ Т	Тип	Схема соединения обмоток	Вид аппарата в начале линии	Тип провода/ кабеля/ шинопровода	Длина, м	I'РАБ.МАКС, А	IПУСК, А	IРАБ.МАКС, А
9	Гл	Т5, Т6	ТМ-400	Y/YН	П	АС-3х50+1х35	300	30	160	70
Токи короткого замыкания
Точка Е	Точка Ж
кА	кА	кА	кА	кА	кА
26,36	20,89	26,40	9,89	8,36	2,12



Таблица 4 - Исходные данные для расчёта релейной защиты от ОЗЗ

Номер варианта (1-я цифра)	1СШ ПС - первая секция шин подстанции
	L1, м	S1 мм2	L2, м	S2 мм2	L3, м	S3 мм2	, А
20	45	3х185	130	3х120	80	3х150	21
Номер варианта (1-я цифра)	2СШ ПС - вторая секция шин подстанции
	L4, м	S4 мм2	L5, м	S5 мм2	L6, м	S6 мм2	, А
20	90	3х150	90	3х185	110	3х120	22
Номер варианта (1-я цифра)	1СШ РП - первая секция шин распределительного пункта
	L7, м	S7 мм2	, А
20	150	3х120	11
Номер варианта (1-я цифра)	2СШ РП - вторая секция шин распределительного пункта
	L8, м	S8 мм2	L9, м	S9 мм2	, А
20	170	3х95	100	3х120	11



1. Составление принципиальной схемы электрической сети

Используя в качестве основы рисунок 1, составляется принципиальная схема электрической сети. На данной схеме указываются:

- напряжения на разных ступенях системы электроснабжения;

- марка, сечение и длина воздушных и кабельных линий;

- паспортные данные силовых понижающих трансформаторов;

- общее обозначение коммутационных аппаратов.

При составлении схемы электроснабжения следует использовать условные обозначения элементов, соответствующие действующим стандартам, установленные ГОСТ 2.723-68, ГОСТ 2.755-74, ГОСТ 2.745.68, ГОСТ 2.727-68, ГОСТ 2.710-81 и действующие по настоящее время



Рисунок 1 - Принципиальная схема электрической сети



2. Расчет и выбор плавких предохранителей F3 и F1

Расчёт релейной защиты всегда ведётся снизу вверх по схеме электроснабжения. Поэтому начинается с электрической сети напряжением 380 В.

Рисунок 3 - Схема трансформаторной подстанции

На стороне высшего напряжения номинальный ток плавкой вставки предохранителя F1 рекомендуется выбирать с учетом броска тока намагничивания



где - номинальный ток трансформатора на стороне ВН.

По каталогу завода-изготовителя выбираем плавкую вставку типа ПКТ напряжением 6кВ с номинальным током IВС.Н = 50 А с зоной разброса срабатывания ± 25 %. Проверим выбранный предохранитель по отключающей способности

-предельно отключающий ток предохранителя

Приведение тока к низкой стороне производим по следующей формуле:

Для определения защитных характеристик плавкой вставки построим типовую или каталожную время-токовую характеристику. Время-токовые характеристики плавких предохранителей F1 и F3 приведены на рисунке 4.

Таблица 5

Время плавления tПЛ.ВС, с	50	10	5	1	0,5	0,1	0,05	0,01
Ток плавления IПЛ А, вставки с IF1 = 50А	210	241	269	340	410	700	887,5	1583
Ток плавления IПЛ А вставки=50А, приведен к низкой стороне	3160	3625	4035	5105	6150	10500	13312	23750
Диапазон ДtПЛ.ВС, с, при разбросе ± 25 %

Рисунок 4 - Время-токовые характеристики плавких предохранителей F1 и F3

Для определения параметров плавкой вставки предохранителя F3, обеспечивающего защиту узла нагрузки, необходимо знать два тока, характеризующих группу электроприёмников с постоянным режимом работы I'РАБ.МАКС и пусковой ток электроприёмников с переменным режимом работы IПУСК

IF3 ? I'РАСЧ + IПУСК / К.

IF3 ? 30 + 160 / 2,5 = 94 А

Примем К = 2,5

По каталогу завода-изготовителя выбираем плавкую вставку типа ПН-2 напряжением 0.4 кВ с ближайшим номинальным током IВС.Н = 100А с зоной разброса срабатывания ± 25 %.

Для определения защитных характеристик плавкой вставки сначала построим типовую или каталожную время-токовую характеристику.

Таблица 6

Время плавления tПЛ.ВС, с	50	10	5	1	0,5	0,1	0,05	0,01
Ток плавления IПЛ, А, вставки с IF3 = 100 А	347	412	425	576	654	956	1266	3600
Диапазон ДtПЛ.ВС, с, при разбросе ± 25 %

После выбора предохранителей необходимо также проверить на чувствительность к минимальным токам КЗ в защищаемом присоединении. Номинальный ток плавкой вставки должен быть по крайней мере в три раза меньше минимального тока КЗ в конце защищаемого участка сети т.е. коэффициент чувствительности должен быть

Следовательно предохранитель F1 будет иметь недостаточную чувствительность к минимальному току КЗ в защищаемом присоединении.



3. Расчет и выбор микропроцессорных расцепителей автоматических выключателей QF4, QF3, QF1

3.1 Выбор выключателя QF4

Рабочий максимальный ток кабельной линии, составляет Iраб.макс.= 70 А . Номинальный ток автоматического выключателя, установленного в начале КЛ, выбирается равным или больше этого тока:

IQF4.Н ? Iраб. макс. = 70 А.

В качестве выключателя QF4, защищающего отходящую линию, по каталогу выбираем выключатель Compact NS160 и электронный расцепитель STR22SE, предназначенный для защиты электрических сетей. Основные параметры выключателя Compact NS160: номинальный ток In = 160 А; номинальная предельная отключающая способность при напряжении сети 380 В - полный ток отключения Icu = 36 кА (действующее значение).

Рисунок 5 - Стилизованная и типовые ВТХ расцепителя STR22SE

Рисунок 6 - Передняя панель расцепителя STR22S

3.1.1 Защита от перегрузок

Уставка по току меняется в пределах Ir = (0,4-1,0)•In.

Уставка по току срабатывания защиты от перегрузки отстраивается (должна быть больше) от максимального рабочего тока, длительно проходящего по защищаемой линии:

,

где КН.С = 1,05 - коэффициент надежности срабатывания, зависящий от типа выключателя; КВ - коэффициент возврата, для устройств релейной защиты компании Schneider Electric примем КВ = 0,935.

Уставка по току меняется в пределах Ir = (0,4-1,0)•In.

Определим соотношения:

Переключатели и (см. рис. 6) установим в положения 0.5 и 1 соответственно

Окончательно примем Ir = 0,5*In = 0,5*160 = 80А.

Условные токи несрабатывания защиты от перегрузок

Ind =1,05•Ir = 1,05•80=84 А и срабатывания - Id =1,2•Ir = 1,2•80= 96 А

Время tr считается при кратности тока 6•Ir [4, 9.2]. tr= 6 c.

1,5•Ir =120 А - 90-180 с;

6•Ir = 480 А - 5-7,5 с;

7,2•Ir = 576 А - 3,2-5 с.

Проверим чувствительность защиты от перегруза к току КЗ в конце защищаемого участка при минимальном режиме работы электрической сети.

Для автоматического выключателя QF4 конец защищаемого участка сети - точка Ж. Минимальным током КЗ в точке Ж, является ток однофазного КЗ.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузок

3.1.2 Селективная токовая отсечка

Уставка тока Isd селективной токовой отсечки должна быть отстроена (должна быть больше) от пикового тока нагрузки РПН Iпик. = 190 А. Уставка тока Isd связана с уставкой тока Ir.QF4 защиты от перегрузки и регулируется в пределах Isd = (2-10)•Ir. Для предварительного определения уставки тока определим отношение пикового тока Iпик. к уставке тока Ir.QF4

Ближайшая большая уставка будет Isd.QF4 = 3•Ir = 3•70 = 210 А.

Точность срабатывания селективной токовой отсечки расцепителя STR22SE составляет ±15 % [5, c. 25] и находится в пределах (0,85-1,15)Isd. Определим границы зоны разброса срабатывания

0,85 • 210 = 178,5 А и 1,15 • 210 = 241,5 А.

Постоянная минимальная выдержка времени перед отключением составляет ? 40 мс. Полное время отключения составляет ? 60 мс.

3.1.3 Мгновенная токовая отсечка

Ii = 11•In = 11•160 =1760 А.

Точность срабатывания мгновенной токовой отсечки расцепителя

STR22SE составляет ±15 % [5, с. 25]. Тогда границы ДIi зоны разброса срабатывания будут :

0,85 • 1760 = 1496 А и 1,15 • 1760 = 2024 А.

Проверим чувствительность мгновенной токовой отсечки выключателя QF4 к минимальному току КЗ в месте его установки.

Коэффициент чувствительности мгновенной токовой отсечки выключателя QF4 к минимальному току КЗ в точке Ж:



Чувствительность мгновенной токовой отсечки достаточна и отсечка обеспечит защиту выключателя QF4 и часть отходящей линии от максимальных токов КЗ.

Номинальная предельная отключающая способность выбранного выключателя при напряжении сети 380 В составляет Icu = 36 кА, что значительно больше максимального тока трехфазного КЗ в месте установки выключателя

3.2 Секционный выключатель QF3

Номинальный ток вводного автоматического выключателя по условию пропуска максимального тока силового трансформатора (нагрузки) в послеаварийном режиме должен быть

Номинальный ток секционного выключателя выберем из условия симметричной загрузки секций сборных шин, т.е.

Предельная отключающая способность выключателей должна превосходить максимальный ток трехфазного короткого замыкания на сборных шинах 0,4 кВ трансформаторной подстанции. Ток трехфазного КЗ на шинах ТП .

Уставка по току срабатывания защиты от перегрузки отстраивается от максимального рабочего тока, длительно проходящего по защищаемой линии:

где КН.С = 1,05 - коэффициент надежности срабатывания, зависящий от типа выключателя; КВ - коэффициент возврата, для устройств релейной защиты компании Schneider Electric примем КВ = 0,935.

По каталогу выбираем:

- секционный выключатель Masterpact NW 08N1 с номинальным током In = 800 А, номинальной предельной отключающей способностью при напряжении сети 220/415/440 В Icu=42кА и номинальной рабочей отключающей способностью Ics = 100 % Icu.

Для управления выключателем и защиты электрической сети выберем блок контроля и управления Micrologic 5.0 A

Стилизованная и типовая время-токовые защитные характеристики блока Micrologic 5.0 A приведены на рисунке 7.



Рисунок 7 - Стилизованная и типовая время-токовые защитные характеристики

3.2.1 Защита от перегрузок

Уставка защиты от перегрузок Ir может задаваться в пределах (0,4-1,0)•In и регулируется с помощью переключателя Ir

Проверяем соотношение

Принимаем значение уставки защиты от перегрузок 0,8; это соответствует 5-ому положению переключателя.

Окончательно принимаем Ir = 0,808•In = 0,808 • 800 = 646,4 А.

Рисунок 8 - фрагмент передней панели Micrologic 5.0 A- задание уставок защиты от перегрузок

Условные токи несрабатывания защиты от перегрузок Ind =1,05•Ir = 1,05•646,4 = 678,72 А, и срабатывания - Ind = 1,20•Ir = 1,20•646,4 = 775,68 А.

Время срабатывания tr защиты от перегрузки выключателя QF3 выбирается с учетом согласования с защитными ВТХ нижестоящего секционного автоматического выключателя QF4. Учитывая изложенное, примем уставку времени защиты от перегрузки выключателя QF3 равной tr.QF1 = 4 с при токе 6•Ir.QF1 = 6•646,4 = 3878,4 А.

Ближайшая уставка по времени, обеспечивающая селективность защит секционного выключателя с выключателем отходящей линии во всем диапазоне токов перегрузки, получается равной tr = 4с при токе 6•Ir = 3878,4. Разброс времени срабатывания защиты от перегрузок.

При:

- 70-100 с при токе 1,5•Ir = 1,5•646,4 = 969,9 А;

- 3,2-4, 0 с при токе 6•Ir = 6•646,4 = 3878,4 А;

- 2,16-2,7 с при токе 7,2•Ir = 7,2•646,4 = 4654,08 А.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузок

Защита от перегрузок будет чувствительна к удалённым КЗ.

3.2.2 Селективная токовая отсечка

Пиковый ток секционного автоматического выключателя QF3 равен:

IПИК.QF3 = КСЗП * IРАБ. МАКС.QF3 = 2,71*646,8 = 1752,82 A

Уставка тока Isd селективной токовой отсечки должна быть отстроена (должна быть больше) от пикового тока IПИК.QF3 = 1752,82 А, который протекает по секционному выключателю QF3. Уставка тока Isd связана с уставкой по току Ir защиты от перегрузки и регулируется в пределах Isd = (1,5-10)•Ir. Для предварительного определения уставки тока определим отношение пикового тока IПИК.QF3 к уставке тока Ir.QF3

Ближайшая большая уставка будет Isd.QF3 = 2,5•Ir.QF3 = 2,5 •646,4 = 1616 А

Этому соответствует третье положение переключателя уставок 3, рисунок 9.

Рисунок 9 - Переключатели уставок селективной токовой отсечки (3) и мгновенной токовой отсечки (4)

Полученная уставка селективной токовой отсечки выключателя QF3 должна быть проверена на селективность с уставкой тока селективной токовой отсечки выключателя QF4. Условием токовой селективности двух последовательных защит является выполнение соотношения

Isd.QF3 / Isd.QF4 = 1616 / 256,5 = 6,3 > КН.СОГЛ = 1,3-1,5.

Условие согласования уставок по току двух селективных токовых отсечек, установленных на автоматических выключателях разных уровней СЭС, выполняется. Окончательно уставку по току селективной токовой отсечки выключателя QF3 примем Isd.QF3 = 1616А.

Точность срабатывания селективной токовой отсечки блока Micrologic 5.0 составляет ±10 % и находится в пределах (0,9-1,1)Isd. Определим границы ДIsd.QF3 зоны разброса срабатывания

0,9 • 1616 = 1454,4 А и 1,1 • 1616 = 1777,6 А.

Отметим, что минимальное значение Isd.QF3 = 1454,4 А больше максимального значения Isd.QF4 = 256,5 А, т.е. наложения время-токовых характеристик защит разных уровней системы электроснабжения не будет.

Коэффициент чувствительности селективной токовой отсечки:

Это говорит о недостаточной чувствительности защиты секционного выключателя QF3 к удаленным токам КЗ.

Выбор уставки по времени tsd селективной токовой отсечки выключателя QF3 необходимо производить также с учетом защитных ВТХ нижестоящих выключателя QF4 и плавкой вставки предохранителя F3. Согласование защитных ВТХ выключателя QF3 и предохранителя F3 можно проверить только при построении характеристик. Поэтому пока проведем согласование уставок по времени выключателей QF3 и QF4. Постоянная минимальная выдержка времени расцепителя STR22SE перед отключением составляет tsd.QF4 ? 40 мс. Следовательно, уставка должна быть tsd.QF3 = tsd.QF4 + Дt = 0,04 +0,1 =0,14 с.

Ближайшее большее значение уставки времени на блоке Micrologic 5.0 составляет tsd.QF3 = 0,2 с.

Диапазон изменения времени срабатывания селективной токовой отсечки составит Дtsd.QF3 = 0,14-0,2 с. Уставка tsd.QF3 на блоке выставляется с помощью переключателя, устанавливаемого во 2-е положение в зоне «On». Положению «On» соответствует «сглаженная» ВТХ селективной токовой отсечки- «срезан» угол ВТХ.



3.2.3 Мгновенная токовая отсечка

Уставку тока Ii связана с номинальным током выключателя и регулируется в диапазоне Ii = (2-15)•In или может быть выведена из работы. Примем 3-х кратную уставку, соответствует 2-му положению переключателя уставок:

Ii = 3•800= 2400 А.

Точность срабатывания мгновенной токовой отсечки блока Micrologic 5.0 составляет ±10 %.Тогда границы ДIi зоны разброса срабатывания будут

0,9 • 2400 = 2160 А и 1,1 • 2400 =2640 А.

Проверка селективности мгновенных токовых отсечек автоматических выключателей QF3 и QF4.

Ток несрабатывания Ii.QF3 = 2160 А мгновенной токовой отсечки выключателя QF3 должен быть больше тока срабатывания Ii.QF4 = 1760 А мгновенной токовой отсечки выключателя QF4. Условие выполняется, следовательно, ВТХ этих двух защит накладываться друг на друга не будут.

Диапазон срабатывания по времени Дti мгновенной токовой отсечки составляет: время несрабатывания 20 мс; максимальное время отключения 50 мс.

Проверим чувствительность мгновенной токовой отсечки к минимальному току КЗ в месте установки выключателя QF3

Проверка выключателя по предельной коммутационной стойкости при отключении КЗ. Номинальная предельная отключающая способность выбранного выключателя при напряжении сети 380 В составляет Icu = 36 кА, что значительно больше предельного тока трёхфазного КЗ в месте установки выключателя.



3.3 Водной выключатель QF1

Номинальный ток вводного автоматического выключателя QF1 по условию пропуска максимального тока силового трансформатора (нагрузки) в послеаварийном режиме должен быть:

IВ.В.Н ? Кз.п • IТ.Н.НН

где Кз.п- коэффициент послеаварийной перегрузки трансформатора; Кз.п=1,6;

Пиковый ток вводного автоматического выключателя:

Iпик QF1 = 924=2.71*924=2504.04 А

Коэффициент самозапуска:

По каталогу [6, с. 20-21] выбираем выключатель Masterpact NW12Н2 с номинальным током In = 1250 А, номинальной предельной отключающей способностью при напряжении сети 380 В - полный ток отключения Icu = 100 кА (действующий).

Для управления вводными выключателями и защиты электрической сети выберем блок контроля и управления Micrologic 5.0 [6, с. 22-25]. Блок Micrologic 5.0 осуществляет три вида токовых защит:

- защиту от перегрузки с регулируемыми уставками тока Ir и времени tr;

- селективную токовую отсечку с регулируемыми уставками тока Isd и времени tsd;

- мгновенную токовую отсечку с регулируемой уставкой тока Ii.

Стилизованная и типовая время-токовые защитные характеристики блока Micrologic 5.0 A приведены на рисунке 10.

Рисунок 10 - Стилизованная и типовая время-токовые защитные характеристики блока Micrologic 5.0

3.3.1 Защита от перегрузок

Максимальный рабочий ток вводного выключателя составляет

Уставка по току срабатывания защиты от перегрузки отстраивается (должна быть больше) от максимального рабочего тока, длительно проходящего по защищаемой линии:

где КН.С = 1,05-1,25 - коэффициент надежности срабатывания, зависящий от типа выключателя;

КВ - коэффициент возврата, для устройств релейной защиты компании Schneider Electric принимается КВ = 0,935.

Определим уставку по току срабатывания защиты от перегрузки:

Определим соотношение:

Окончательно примем (ручка 1 на передней панели установим в положение Ir=0,4). Тогда Ir = In •0,9=1250•0,9=1125 А.

Рисунок 11 - фрагмент передней панели Micrologic 5.0 A

Условные токи несрабатывания защиты от перегрузок

Ind =1,05•Ir = 1,05•1125 = 1181,25 А, и срабатывания

Ind = 1,20•Ir = 1,20•1125=1350 А.

Время срабатывания tr защиты от перегрузки выключателя QF1 выбирается с учетом согласования с защитными ВТХ нижестоящего секционного автоматического выключателя QF3. Учитывая изложенное, примем уставку времени защиты от перегрузки выключателя QF1 равной tr.QF1 = 4 с при токе 6•Ir.QF1 = 6•1125 = 6750 А.

Разброс времени срабатывания защиты от перегрузок [7, с. 25].

Приведем каталожные данные на рисунке 13.

Рисунок 12 -Разброс времени срабатывания защиты от перегрузок

Выбранный блок Micrologic 5.0 при tr.QF1 = 4 с согласно каталогу имеет времена срабатывания защиты от перегрузки [7, с. 25]:

- 70-100 с при токе 1,5•Ir = 1,5•1125 = 1687,5 А;

- 3,2-4, 0 с при токе 6•Ir = 6•1125 = 6750 А;

- 2,16-2,7 с при токе 7,2•Ir = 7,2•1125 = 8100 А.

Коэффициент чувствительности защиты от перегрузок

Это говорит о недостаточной чувствительности защиты от перегрузки к удалённым КЗ. Данная защита будет чувствовать только минимальные токи КЗ, если они превысят значение

.

3.3.2 Селективная токовая отсечка

Уставка тока Isd селективной токовой отсечки должна быть отстроена (должна быть больше) от пикового тока IПИК.QF1 = 2504.04 А, который протекает по вводному выключателю QF1. Уставка тока Isd связана с уставкой по току Ir защиты от перегрузки и регулируется в пределах Isd = (1,5-10)•Ir. Для предварительного определения уставки тока определим отношение пикового тока IПИК.QF1 к уставке тока Ir.QF1

Пиковый ток вводных автоматических выключателей QF1, QF2 при коэффициенте самозапуска КСЗП = 2.71 равен:

IПИК.QF1 = КСЗП * IРАБ. МАКС.QF1 = 2,71*924=2504,04 A

Ближайшая большая уставка будет Isd.QF1 = 2,5•Ir.QF1 = 2,5 •1125 =2812,5 А

Этому соответствует 2-е положение переключателя уставок.

Рисунок 13 - Переключатели уставок селективной токовой отсечки (3) и мгновенной токовой отсечки (4)

Полученная уставка селективной токовой отсечки выключателя QF1 должна быть проверена на селективность с уставкой тока селективной токовой отсечки выключателя QF3. Условием токовой селективности двух последовательных защит является выполнение соотношения

Isd.QF1 / Isd.QF3 = 2812 / 1616= 1,74 > КН.СОГЛ = 1,3-1,5.

Условие согласования уставок по току двух селективных токовых отсечек, установленных на автоматических выключателях разных уровней СЭС, выполняется. Окончательно уставку по току селективной токовой отсечки выключателя QF1 примем Isd.QF1 = 2812 А.

Точность срабатывания селективной токовой отсечки блока Micrologic 5.0 составляет ±10 % [7, c. 25] и находится в пределах (0,9-1,1)Isd. Определим границы ДIsd.QF1 зоны разброса срабатывания

0,9 •2812 = 2530,8 А и 1,1 • 2812 = 3093,2 А.

Отметим, что минимальное значение Isd.QF1 = 2812 А больше максимального значения Isd.QF3 = 1616А, т.е. наложения время-токовых характеристик защит разных уровней системы электроснабжения не будет.

Коэффициент чувствительности селективной токовой отсечки:

Это говорит о недостаточной чувствительности защиты вводного выключателя QF1 к удаленным токам КЗ.

Выбор уставки времени tsd селективной токовой отсечки выключателя

QF1 необходимо производить также с учетом защитных ВТХ нижестоящего выключателя QF3. Следовательно, уставка должна быть

tsd.QF1 = tsd.QF3 + Дt = 0,2 +0,1 =0,3 с.

Диапазон изменения времени срабатывания селективной токовой отсечки составит Дtsd.QF1 = 0,23-0,32 с .

3.3.3 Мгновенная токовая отсечка

Уставку тока Ii связана с номинальным током выключателя и регулируется в диапазоне Ii = (2-15)•In или может быть выведена из работы. Примем 3-х кратную уставку: Ii = 3•1250 = 3750 А, этому соответствует второму положению переключателя уставок, рисунок 10.

Точность срабатывания мгновенной токовой отсечки блока Micrologic 5.0 составляет ±10 % .Тогда границы ДIi зоны разброса срабатывания будут

0,9 • 3750 = 3375 А и 1,1 • 3750 = 4125 А.

Проверка селективности мгновенных токовых отсечек автоматических выключателей QF1 и QF3. Ток несрабатывания Ii.QF1 = 3750 А мгновенной токовой отсечки выключателя QF1 должен быть больше тока срабатывания

Ii.QF3 = 2400 А мгновенной токовой отсечки выключателя QF3. Условие выполняется, следовательно, ВТХ этих двух защит накладываться друг на друга не будут.

Диапазон срабатывания по времени Дti мгновенной токовой отсечки составляет: время несрабатывания 20 мс; максимальное время отключения 50 мс.

Проверим чувствительность мгновенной токовой отсечки к минимальному току КЗ в месте установки выключателя QF3

Это говорит о недостаточной чувствительности защиты от перегрузки к удалённым КЗ. Данная защита будет чувствовать только минимальные токи КЗ, если они превысят значение

Проверка выключателя по предельной коммутационной стойкости при отключении КЗ. Номинальная предельная отключающая способность выбранного выключателя при напряжении сети 380 В составляет Icu = 100 кА, что значительно больше предельного тока трёхфазного КЗ в месте установки выключателя. Результат представлен в таблице7, карта селективности защит ТП на стороне низшего напряжения на рисунке 14.



Проведём анализ результатов рассмотренного примера

1.На карте селективности видно, что защитные время-токовые характеристики электронного расцепителя автоматического выключателя QF4 и плавкого предохранителя F3, защищающих отходящие от ТП линии, расположены ниже защитных время-токовых характеристик электронного расцепителя секционного QF3 и вводных QF1, QF2 выключателей, т.е. обеспечивается селективность между защитами, установленными на разных уровнях системы электроснабжения). В тоже время отметим несколько существенных моментов:

1.1. Защитные ВТХ разных аппаратов, установленных на одном уровне СЭС (например, QF4 и F3, QF1, QF2 и F1), защищающих отходящие от ТП линии), могут пересекаться

1.2. Номинальные токи автоматических выключателей и плавких предохранителей, защищающих отходящие от ТП линии, должны быть в 3-5 раз меньше номинального тока силового трансформатора на стороне низшего напряжения. В противном случае их защитные ВТХ будут «накладываться» на защитные ВТХ вводных и секционных выключателей. Для каждой мощности ТП должны быть определены максимально возможные номинальные токи выключателей и предохранителей, защищающих отходящие от ТП линии.

1.3. Для максимального приближения защитных ВТХ выключателя QF4 и предохранителя F3 к защитным ВТХ секционного QF3 и вводных QF1 выключателей можно использовать «сглаживание» ВТХ селективных токовых отсечек - для этого используется функция «On». Согласование защитных ВТХ выключателей можно проверить только при построении характеристик Данное максимальное приближение ВТХ в нашем примере не требуется.

2.1. Защита от перегруза выключателя QF4 и предохранителя F1 имеют достаточную чувствительность к минимальному току однофазного КЗ на землю в конце защищаемых линий, что соответствует требованиям ПУЭ, п. [5]. Следовательно, для отключения подобных повреждений электрических сетей данные виды защиты применимы

2.2. Селективная токовая отсечка выключателя QF4 имеет достаточную чувствительность к минимальному току однофазного КЗ на землю в конце защищаемых линий, что соответствует требованиям ПУЭ, п. [5].

2.3.. Мгновенная токовая отсечка выключателя QF4 имеет достаточную чувствительность к минимальному току двухфазного КЗ в месте его установки, что соответствует требованиям ПУЭ, п. [5].

2.4. Защита от перегруза выключателя QF3 имеет недостаточную чувствительность к минимальному току однофазного КЗ на землю в конце защищаемых линий вследствие их значительной протяжённости и QF3 может отключить его не менее, чем через 50-300 с, что не соответствует требованиям ПУЭ, п. [5]. Следовательно, для отключения подобных повреждений электрических сетей следует рассматривать другие виды защиты, в частности, рассмотренные в 4, раздел 9.7.

2.5. Селективная токовая отсечка выключателя QF3 имеет недостаточную чувствительность к минимальному току однофазного КЗ на землю в конце защищаемых линий вследствие их значительной протяжённости и QF3 может отключить его не менее, чем через 50-300 с, что не соответствует требованиям ПУЭ, п. [5]. Следовательно, для отключения подобных повреждений электрических сетей следует рассматривать другие виды защиты, в частности, рассмотренные в 4, раздел 9.7.

2.6. Мгновенная токовая отсечка выключателя QF4 имеет достаточную чувствительность к минимальному току двухфазного КЗ в месте его установки, что соответствует требованиям ПУЭ, п. [5].

2.7 Защита от перегруза выключателей QF1, QF2 и предохранителя F1 имеют недостаточную чувствительность к минимальному току однофазного КЗ на землю в конце защищаемых линий вследствие их значительной протяжённости и QF1, QF2, F1 могут отключить его не менее, чем через 50-300 с, что не соответствует требованиям ПУЭ, п. [5]. Следовательно, для отключения подобных повреждений электрических сетей следует рассматривать другие виды защиты, в частности, рассмотренные в 4, раздел 9.7.

2.8. Селективная токовая отсечка выключателей QF1, QF2 имеет недостаточную чувствительность к минимальному току однофазного КЗ на землю в конце защищаемых линий вследствие их значительной протяжённости и QF3 может отключить его не менее, чем через 50-300 с, что не соответствует требованиям ПУЭ, п. [5]. Следовательно, для отключения подобных повреждений электрических сетей следует рассматривать другие виды защиты, в частности, рассмотренные в 4, раздел 9.7.

2.9. Мгновенная токовая отсечка выключателей QF1, QF2 имеет достаточную чувствительность к минимальному току двухфазного КЗ в месте их установки, что соответствует требованиям ПУЭ, п. [5].

3. Выбранные автоматические выключатели QF1, QF2, QF3 и QF4 имеют соответственно предельно отключаемые токи ICU 65 и 36 кА, что больше предельного тока трёхфазного КЗ на стороне низшего напряжения ТП, что говорит о достаточной коммутационной способности выключателей.



4. Расчет защиты трансформатора напряжением 10/0,4

Рисунок 15 - Организация защиты трансформатора напряжением 6/0,4 кВ на стороне ВН

На рисунке 15 показана организация релейной защиты трансформаторной подстанции со стороны ВН. Здесь приведена принципиальная электрическая схема силового трансформатора Т5 напряжением 6/0,4 кВ. Со стороны ВН установлены выключатель Q1, три фазных трансформатора тока ТА и устройство защиты Sepam - блок Т20. Входы блока Т20 соединены с трансформаторами тока ТА для получения информации о токах, протекающих по стороне высшего напряжения силового трансформатора Т1. Выходы блока Т20 связаны с электромагнитом отключения выключателя Q1. Со стороны НН установлены вводные автоматические выключатели QF1 типа Masterpact NW12H2.

На схеме показаны нагрузочные токи со стороны НН () и ВН (, ), ток намагничивания IНАМ, максимальные и минимальные токи КЗ на стороне НН (, ) и на стороне ВН ().

Максимально токовая защита блока Т20 (функция 51, код ANSI), реализующая защиту от перегрузки, селективную токовую отсечку и мгновенную токовую отсечку отсечку, должна быть согласована с защитными время-токовыми характеристиками микропроцессорного расцепителя Micrologic 5.0 A автоматического выключателя QF1, которые приведены в табл. 9 и показаны на карте селективности, построенной для напряжения 6 кВ (рис.15). Для каждого тока выключателя QF1 указаны два значения - в знаменателе - рассчитанные для сети 380 В, а в числителе - приведенные к напряжению 6 кВ.

Приведение токов со стороны НН к стороне ВН осуществлено по формуле

где КU - коэффициент трансформации силового трансформатора. Для трансформатора напряжением 6/0,4 кВ коэффициент равен КU = 15.

При проведении расчетов введем обозначения:

- ВТХ выключателя QF1 все расчетные параметры (уставки тока и времени) обозначим индексом А. Этой же буквой будем обозначать характерную точку ВТХ, где необходимо учитывать согласование с вышестоящими защитами.

- Аналогично индексом Б обозначим параметры защиты на стороне ВН трансформатора Т5.

4.1 Защита от перегрузок

Для реализации этой защиты используем типовые ВТХ с зависимой от тока выдержкой времени ,чтобы они максимально приближались к аналогичным ВТХ выключателя QF1.

Ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора выбирается наибольшим из следующих трёх условий:

Ток срабатывания защиты от перегрузки должен быть отстроен от максимального рабочего тока трансформатора на стороне ВН

где КН.О = 1,05 - коэффициент надежности отключения;

КВ = 0,935 - коэффициент возврата.

Поскольку токи и равны друг другу, то уставка тока защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора должна быть отстроена от защиты от перегрузки выключателя QF1

где КН.СОГЛ = 1,3 - коэффициент надежности согласования с нижестоящей защитой.

Сделаем дополнительную проверку на согласование с нижестоящей защитой, поскольку известно максимальное значение тока срабатывания (с учетом разброса характеристик) защиты от перегрузки выключателя QF1

Ток срабатывания Ir.Q1 должен превышать с запасом значение тока Id на величину погрешности защиты, устанавливаемой на стороне ВН. Погрешность работы устройств защиты Sepam составляет не более 1-3 %. Возьмём 10 %-й запас, т.е.

Выбираем в качестве уставки тока защиты от перегрузки наибольшее значение IS = Ir.Q1 = 99 А.

Ближайшее приближение ВТХ защиты от перегрузки выключателя Q1 к ВТХ защиты выключателя QF1 возможно в двух точках А и А' (см. рис. 13). Сначала рассмотрим прохождение ВТХ выключателя Q1 вблизи точки А.

ВТХ защиты от перегрузки выключателя Q1 должна пройти через точку Б, отстоящую от точки А на ступень селективности Дt = 0,3 с. Координаты точки А равны IА = 290 А/4,35 кА (максимальное значение тока срабатывания селективной токовой отсечки выключателя QF1) и tА = 25 с (см. табл. 8). Следовательно, координаты точки Б будут

tБ = tА + Дt = 18 + 0,3 = 18,3 с; IБ = IА = 290 А

или кратность тока (отношение к току срабатывания защиты IS = Ir.Q1) в точке Б будет равна

Терминалы Sepam имеют несколько типов кривых отключения, определяемых с помощью уравнений и установленных в соответствии со стандартами различных организаций, например, кривые МЭК :

SIT - обратно зависимая выдержка (standard inverse time);

VIT - очень обратно зависимая выдержка (very inverse time);

EIT - чрезвычайно обратно зависимая выдержка (extremely inverse time).

Сначала выбираем рекомендуемый тип кривой SIT - самую пологую характеристику, для которой коэффициенты аппроксимации равны б = 0,02 и К = 0,14 .

Рассчитываем коэффициент для кривой, проходящей через точку Б

Теперь, используя выражение:

рассчитаем несколько точек кривой , проходящей через точку Б. Для кратности тока получим

Остальные расчеты сведены в таблице 8

Таблица 8

Тип кривой	К	б	IS=Ir.Q1, А	tБ, с	, А		, с, при разных , о.е/А
							1,1 108,9	1,2 118,8	1,5 148,5	2,92 290	5 495	10 990
SIT	0,14	0,02	99	18,3	2,92	2,83	207,65	108,45	48,7	18,3	12,11	8,4



Видим, что она не пересекается с защитными время-токовыми характеристиками автоматического выключателя QF1

Кроме того, нужно проверить выполнение условия селективности в точке А' (угол пересечения ВТХ селективной токовой отсечки и мгновенной токовой отсечки автоматического выключателя QF1 - рис. 13) с полученной кривой SIT.

Время срабатывания селективной токовой отсечки в этой точке равно

tА' = 0,32 с.

Рассчитаем время срабатывания защиты от перегрузок, реализуемой с помощью кривой SIT, при токе IА' = 275/4.125 кА (максимальном значении тока срабатывания мгновенной токовой отсечки выключателя QF1) или относительном его значении (кратности) токе

что значительно больше времени срабатывания защиты выключателя QF1 в точке А' - tА' = 0,32 с, т.е. условие селективности соблюдается и для этой точки. Значение определенного времени запишем в последней колонке табл. 9.

Окончательно для реализации защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора Т5 выбираем зависимую от тока характеристику SIT.

Проверим чувствительность защиты от перегрузки, как резервной защиты. Она должна быть чувствительна к токам двухфазного и однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора Т5 в минимальном режиме работы сети. Учитывая, что ток двухфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, рассмотрим определение коэффициента чувствительности к току однофазного КЗ.

При использовании трёхфазной схемы соединения трансформаторов тока и измерительных органов блока Т20 в полную звезду и при схеме соединения обмоток Y /YН-11 силового трансформатора Т5 коэффициент чувствительности для однофазного КЗ на стороне НН трансформатора Т5 можно записать

Следовательно, защита от перегрузки не имеет достаточную чувствителность к минимальному току однофазного КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП.

4.2 Селективная токовая отсечка

Селективная токовая отсечка с выдержкой времени, с действием на отключение предназначена для защиты от КЗ всех видов на выводах и внутри трансформатора, а также от внешних КЗ, то есть от повреждений на шинах НН и на отходящих линиях НН (на случай отказа их собственных защитных и коммутационных аппаратов).

Уставки селективной токовой отсечки должны обеспечивать:

- несрабатывание защиты при возникновении кратковременных пиковых нагрузок;

- согласование действия по току и по времени с предыдущими защитами;

- необходимую чувствительность при всех КЗ в зоне резервирования - при отказах срабатывания вводных выключателей на стороне НН ТП.

Защита осуществляется с помощью цифровых терминалов Sepam T20 (функция 51).

Ток срабатывания селективной токовой отсечки выбирается наибольшим, исходя из следующих двух условий:

Отстройки от максимально возможного тока нагрузки - пикового тока на стороне ВН 

где КН.О = 1,1 - коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) защиты; КСЗП = 2,71 - коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение рабочего тока за счет одновременного пуска электродвигателей, которые затормозились при снижении напряжения во время возникновения внешнего КЗ и последующего действия автоматического ввода резерва (АВР); = 233 А - пиковый ток трансформатора Т5 на стороне ВН.

Должна быть согласована с нижестоящей селективной токовой отсечкой выключателя QF1

Таким образом, за расчетный ток срабатывания защиты принимаем наибольший из определенных выше токов Isd.Q1 = 274,11A.

Время срабатывания селективной токовой отсечки принимается по условию селективности на ступень больше по отношению к предыдущей защите

где tsd.QF1 = 0,3 с - время срабатывания предыдущей защиты (вводного автоматического выключателя QF1); Дt = 0,3 с - ступень селективности по времени для микропроцессорных защит.

Проверим чувствительность селективной токовой отсечки. Она должна быть чувствительна к токам двухфазного и однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора в минимальном режиме работы сети. Учитывая, что в рассматриваемом примере ток двухфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, определим коэффициент чувствительности к току однофазного КЗ.

где - ток однофазного КЗ в минимальном режиме работы сети на выводах 0,4 кВ трансформатора (точка Е, рис. 12); КU - коэффициент трансформации по напряжению силового трансформатора Т7; - ток срабатывания рассматриваемой селективной отсечки.

Следовательно, селективная токовая не отсечка чувствительна к минимальному току однофазного КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП.

4.3 Мгновенная токовая отсечка

Ток срабатывания Ii.Q1 МТО выбирается наибольшим, исходя из следующих трёх условий:

1. Отстройки от максимального тока трехфазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора Т7

где КН.О = 1,15 - коэффициент надежности отстройки (несрабатывания) отсечки.

2. Отстройки от бросков тока намагничивания трансформатора Т7 при его включении

где КОТС = 3 - коэффициент отстройки от броска тока намагничивания IНАМ при включении силового трансформатора.

3. Согласования с нижестоящей мгновенной токовой отсечкой выключателя QF1

где КН.СОГЛ = 1,3 - коэффициент надежности согласования защит.

Таким образом, за расчетный ток срабатывания защиты принимаем наибольший из определенных выше токов IС.МО = Ii.Q1 = 2020 А.

Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени и действует на отключение трансформатора. Постоянная минимальная выдержка времени перед отключением, обусловленная временем срабатывания выключателя, составляет 50 мс.

Мгновенная токовая отсечка должна быть проверена на чувствительность к току двухфазного КЗ в минимальном режиме работы сети в месте установки защиты, т.е. на выводах ВН трансформатора Т5 - должен быть определен соответствующий коэффициент чувствительности и сопоставлен с требованиями ПУЭ. Коэффициент чувствительности отсечки



Следовательно, мгновенная токовая отсечка чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на выводах 6 кВ трансформатора Т5.

По результатам расчета строим ВТХ защиты трансформатора Т5 на стороне ВН

Проведем анализ результатов

На рисунке приведены нагрузочные время-токовые характеристики транс- форматора Т5 и рассматриваемых защит, построенные для напряжения 6 кВ:

1. На карте селективности мы видим нагрузочные токи ТП и токи КЗ:

1.1. На стороне ВН максимальный рабочий и пиковый токи, ток намагничивания IНАМ трансформатора Т5.

1.2. Токи КЗ на стороне НН (в точке А), приведённые к стороне ВН - однофазный, минимальный и трёхфазный, максимальный .

1.3. Двухфазный, минимальный ток КЗ на стороне ВН. Трёхфазный, максимальный ток КЗ .

2. Защиты от перегрузки:

2.1. Уставки тока Ir.QF1 и Ir.Q1 защит от перегрузки разных уровней разнесены с целью обеспечения селективности.

2.2. Уставка времени tr.QF1 = 4 с на стороне НН определена при токе 450 А (6 • Ir.QF1), а на стороне ВН tr.Q1 = 6,75 c - при токе 8100 А (10 • Ir.Q1).

2.3. Обе защиты от перегрузки (кривые QF1 и Q1) имеют зависимые от тока выдержки времени срабатывания, разделены по времени не менее, чем на 0,3 с (между точками А и Б) и не имеют пересечений, т.е. обеспечивается необходимая селективность.

2.4. Чувствительность защиты от перегрузки на стороне ВН составляет КЧ.ЗП = 1,52. Защита не отключит минимальный ток КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП.

3. Селективные токовые отсечки:

3.1. Уставки тока Isd.QF1 и Isd.Q селективных токовых отсечек разнесены, несмотря на то, что пиковый ток IПИК с учётом приведения одинаковый для обеих защит.

3.2. ВТХ обеих отсечек имеют независимые от тока выдержки времени срабатывания - соответственно равны tsd.QF1 = 0,3 с и tsd.Q1 = 0,6 c.

3.3. Чувствительность селективной токовой отсечки на стороне ВН, как основной защиты трансформатора составляет КЧ.СО = 1,5 и она не отключит минимальный ток КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП через 0,6 с.

4. Мгновенные токовые отсечки:

4.1. Уставки тока Ii.QF1 и Ii.Q1 мгновенных токовых отсечек разнесены.

4.2. Мгновенная токовая отсечка на стороне ВН отстроена от максимального тока трёхфазного КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП и от бросков тока намагничивания IНАМ при включении трансформатора.

4.3. Чувствительность мгновенной токовой отсечки на стороне ВН к минимальному току двухфазного КЗ достаточна, коэффициент чувствительности равен КЧ.МО = 4,41. Следовательно, эта отсечка отключит все виды токов КЗ в зоне своего действия без выдержки времени - точнее это время определяется временем срабатывания блока защиты Т20 (5-20 мс) плюс время отключения выключателя Q1.



5. Расчет защит, установленных в начале линии, питающей трансформаторную подстанцию, на секционном выключателе рп и в начале линии КЛ1

Рисунок 17- Организация защиты РП-6кВ и питающих его линий

Распределительные пункты напряжением 6-10 кВ, как правило, питаются от сборных шин ПС 110/6 кВ по двум радиальным линиям, например, КЛ1 и КЛ2 (рис. 17). В начале каждой линии, устанавливаются выключатель Q13, три фазных трансформатора тока ТА1 и один трансформатор тока нулевой последовательности ТА2, позволяющие выполнять соответствующие защиты линии.

Согласно ПУЭ защита линии должна выполняться двухступенчатой, т.е. иметь селективную защиту с зависимой или независимой от тока выдержкой времени и мгновенную токовую отсечку.

Высоковольтный распределительный пункт РП напряжением 6 кВ питается по кабельным линиям КЛ1 и КЛ2, каждая из которых состоит из двух параллельных кабелей сечением по 185 мм2. Рабочий ток кабельной линии КЛ1 принят равным длительно допустимому току IРАБ.МАКС.Q10 = 2•IДЛ.ДОП = 2•385 = 770 А двух параллельно включенных кабелей этой линии [5, табл. 1.3.16]. Максимальный рабочий ток секционного выключателя Q5 РП принят равным IРАБ.МАКС.Q15 =0,7•IРАБ.МАКС.Q10=0,7•770=539А кабельной линии. Коэффициент самозапуска на этом уровне СЭС примем равным КСЗП = 1,5, с учётом этого пиковый ток составит IПИК.Q10 = 1155,4 А и IПИК.Q15 = 808,5 А

5.1 Защита, отходящей от РП линии, установленная на выключателе Q17

Согласно ПУЭ отходящая от РП линия должна иметь две ступени защиты от КЗ (селективную защиту с зависимой или независимой от тока выдержкой времени и мгновенную токовую отсечку) и защиту от однофазных замыканий на землю. Первые две ступени реализуются с помощью функции 51 блока Sepam S20, а защита от ОЗЗ - с помощью функции 51N .

5.1.1 Селективная защита с зависимой от тока выдержкой времени

Ток срабатывания селективной защиты выбирается наибольшим из следующих двух условий:

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от максимально возможного тока нагрузки - пикового тока с учётом самозапуска электродвигателей напряжением 380 В определяется по выражению

Согласование с селективной токовой отсечкой, установленной на стороне низшего напряжения ТП в автоматическом выключателе QF1. Условие согласования тока срабатывания IС.СЗ вышестоящей защиты линии КЛ6 и с током срабатывания нижестоящей защитой на стороне НН трансформатора Т1 , приведённым к стороне ВН, определяется

Ток срабатывания IС.СЗ селективной защиты линии принимается наибольшим из расчетных условий Isd.Q17=316,8А

Время срабатывания селективной защиты и нижестоящей защит производится с применением принципа временной селективности

Для схемы, приведённой на рис. 14, основная зона селективной защиты, установленной на выключателе Q1, распространяется на кабельную линию КЛ3 и трансформатор Т1. Поэтому коэффициент чувствительности для этого случая определяется по минимальному току КЗ в точке Е на стороне НН трансформатора Т1



Рассматриваемой селективной защиты. При уставке тока Isd.Q17 = 316,8 А кривая должна пройти через точку Q6 с координатами - уставка времени tsd.Q6 = 0,6 c при токе = 10•Isd.Q17 = 3168 А. Выбираем тип характеристики SIT, для коэффициента TMS и времени срабатывания защиты tsd

.

В рассматриваемом случае точке N соответствует точка Q17. Рассчитаем коэффициент TMS

Определим время срабатывания защиты tsd при кратности тока = 1,1

Дальнейшие расчёты точек защитной характеристики сводим в таблице 10.

5.1.2 Мгновенная токовая отсечка

Является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Зона действия мгновенной токовой отсечки определяется выбором места возникновения тока КЗ, от величины которого она отстраивается. Для схемы, приведённой на рис. 18 могут быть рассмотрены две точки Д и Е. Предпочтительней является точка Е, т.к. на стороне ВН трансформатора Т1 защита отсутствует.

Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки выбирается наибольшим, исходя из следующих условий:

Ток срабатывания отстраивается от максимального тока трехфазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора Т1

Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки должен быть отстроен от броска тока намагничивания IНАМ трансформатора при его включении

Ток срабатывания мгновенной токовой отсечки защиты линии КЛ3 должен быть согласован с нижестоящей защитой.

За расчетный ток срабатывания мгновенной токовой отсечки принимается наибольший из определенных выше токов Ii.Q17=2020А

Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени (tС.МГН = 0 c) и действует на отключение выключателя Q17.

Чувствительность мгновенной токовой отсечки. Она должна чувствовать ток двухфазного КЗ в месте установки защиты, т.е. на сборных шинах РП, от которого питается кабельная линия КЛ3 в минимальном режиме работы сети. Коэффициент чувствительности отсечки

Следовательно, мгновенная токовая отсечка чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах РП.

5.2 Защита, установленная на секционном выключателе Q15 РП

Cогласно ПУЭ РП должна иметь селективную защиту с зависимой или независимой от тока выдержкой времени и мгновенную токовую отсечку - они реализуются с помощью функции 51 блока Sepam S20 (рис. 16).

Рисунок 19 - Защита на секционном выключателе Q15 РП

5.2.1 Селективная защита с зависимой от тока выдержкой времени

Уставка тока срабатывания должна быть отстроена от максимально возможного тока нагрузки - пикового тока IПИК

Уставка тока селективной защиты на выключателе Q15 должна быть согласована с уставкой тока селективной токовой отсечки нижестоящей защиты на выключателе Q17

Таким образом, за расчётный ток срабатывания селективной защиты принимаем наибольший из определённых выше токов, т.е. Isd.Q15 =951 А.

Уставка времени селективной защиты на выключателе Q15 должна быть согласована с уставкой времени нижестоящей селективной токовой отсечки на выключателе Q17

Коэффициент чувствительности защиты при выполнении ею основной функции определяется при двухфазном металлическом КЗ в конце защищаемой линии КЛ3 перед трансформатором Т1 (рис. 14, точка Д) в минимальном режиме и вычисляется по выражению

Коэффициент чувствительности защиты при выполнении ею функции дальнего резервирования защиты автоматического выключателя на стороне НН трансформатора проверка определяется по минимальному току КЗ за трансформатором Т1 (точка Е).



Проведённые расчёты показывают, что селективная защита, установленная на секционном выключателе Q15 РП, имеет достаточную чувствительность для защиты радиальной линии КЛ3, но не чувствует минимальный ток за трансформатором Т1.

Рассчитаем зависимую время-токовую характеристику рассматриваемой селективной защиты. При уставке тока Isd.Q15 = 951 А кривая должна пройти через точку Q15 с координатами - уставка времени tsd.Q15 = 1,2 c при токе = 10•Isd.Q15 = 9510 А. Выбираем тип характеристики SIT. Расчёты точек защитной характеристики проводим также, как для селективной защиты, установленной на выключателе Q17. Результаты сводим в таблице 10.