Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения

5.2.2 Мгновенная токовая отсечка

Уставка тока выбирается наибольшей, исходя из следующих условий:

Уставка тока мгновенной токовой отсечки, защищающей сборные шины РП, определяется с учётом отстройки от максимального тока трёхфазного КЗ на стороне ВН трансформатора Т1 трансформаторной подстанции ТП (точка Д)

Уставка тока должна быть согласована с нижестоящей токовой отсечкой на выключателе Q17

Таким образом, за расчётный ток срабатывания мгновенной токовой отсечки принимаем наибольший из определённых выше токов Ii.Q15=14754 А.

Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени (ti.Q15 = 0 c) и действует на отключение выключателя Q15.

Чувствительность мгновенной токовой отсечки. Она должна чувствовать минимальный ток двухфазного КЗ в месте установки защиты, т.е. на сборных шинах РП. Коэффициент чувствительности отсечки

Следовательно, мгновенная токовая отсечка не чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах РП, поэтому её устанавливать не будем.

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

Защита, установленная на выключателе Q13 к которому подключена линия КЛ1, состоящая из двух параллельно включенных кабелей и питающая распределительный пункт РП. Защиту выполним с помощью микропроцессорного блока типа Sepam S20, выпускаемого компанией Schneider Electric.

Рисунок 20 - Защита, отходящей от ПС линии

Согласно ПУЭ отходящая от ПС линия должна иметь две ступени максимальной токовой защиты (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. Для получения информации о токах однофазного замыкания на землю, протекающих по кабелям линии КЛ1, на каждый кабель установлено по трансформатору тока нулевой последовательности ТА2. Вторичные обмотки ТА2 соединены параллельно и подключены к входу устройства Sepam.

5.3.1 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 Q13 должна быть согласована с уставкой тока селективной токовой отсечки нижестоящей защиты на выключателе Q15

Таким образом, за расчётный ток срабатывания селективной защиты принимаем наибольший из определённых выше токов, т.е. Isd.Q13 = 1358,8 А.

Уставка времени селективной защиты на выключателе Q13 должна быть согласована с уставкой времени нижестоящей селективной токовой отсечки на выключателе Q15

Коэффициент чувствительности защиты при выполнении ею основной функции определяется при двухфазном металлическом КЗ в конце защищаемой линии КЛ1 на сборных шинах РП (рис. 14, точка Г) в минимальном режиме

Коэффициент чувствительности защиты при выполнении ею функции дальнего резервирования защиты на выключателе Q17. Проверка проводится по минимальному току КЗ на стороне ВН трансформатора Т1 (точка Д)

Проведённые расчёты показывают, что селективная защита имеет достаточную чувствительность как в своей зоне действия, так и в зоне резервирования нижестоящей защиты.

Рассчитаем зависимую время-токовую характеристику рассматриваемой селективной защиты. При уставке тока Isd.Q13 = 1358,8 А кривая должна пройти через точку Q13 с координатами - уставка времени tsd.Q13 = 1,5 c при токе = 10•Isd.Q13 = 13588 А. Выбираем тип характеристики SIT. Расчёты точек защитной характеристики проводим также как для селективной защиты, установленной на выключателе Q17. Результаты сводим в таблице 10.

5.3.2 Мгновенная токовая отсечка

Уставка тока выбирается наибольшей, исходя из следующих условий:

Уставка тока мгновенной токовой отсечки, защищающей линию КЛ1, определяется с учётом отстройки от максимального тока трёхфазного КЗ на сборных шинах РП (точка Г)

Уставка тока должна быть согласована с нижестоящей токовой отсечкой на выключателе Q15

Таким образом, за расчётный ток срабатывания мгновенной токовой отсечки принимаем наибольший из определённых выше токов Ii.Q13 = 19952,5 А.

Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени (ti.Q13 = 0 c) и действует на отключение выключателя Q13.

Чувствительность мгновенной токовой отсечки. Она должна чувствовать минимальный ток двухфазного КЗ в месте установки защиты, т.е. на сборных шинах напряжением 6 кВ ПС, от которой питается линия КЛ1 (рис. 14). Коэффициент чувствительности отсечки

Следовательно, мгновенная токовая отсечка не чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах ПС, поэтому её устанавливать не будем.

Проведем анализ результатов

На рис. 18 приведены нагрузочные время-токовые характеристики защит электрической сети напряжением 6кВ.

Селективные токовые отсечки:

1.1 Уставки тока Isd.Q17, Isd.Q15, Isd.Q13 селективных токовых отсечек разных уровней разнесены с целью обеспечения селективности.

1.2 ВТХ всех отсечек имеют зависимые от тока выдержки времени, уставки времени tsd определяются при десятикратных значениях тока 10•Isd . Их значения последовательно меняются от tsd.Q17 = 0,6 с на выключателе Q17 до tsd.Q13 = 1,2 с на выключателе Q13. На вводе в РП защиту рассматривать не будем, поэтому уставка по времени на выключателе Q3 не показана.

1.3 Чувствительность селективной токовой отсечки выключателя Q17, как основной защиты трансформатора и кабельной линии КЛ3 составляет КЧ.СО = 0,6 и она не отключит минимальный ток КЗ.

Чувствительность селективной токовой отсечки секционного выключателя Q15, как основной защиты линии КЛ3 составляет КЧ.СО = 6,8. Коэффициент чувствительности защиты при выполнении ею функции дальнего резервирования защиты автоматического выключателя на стороне НН трансформатора равен КЧ.СО = 0,5. Селективная защита, установленная на секционном выключателе Q15 РП, имеет достаточную чувствительность для защиты радиальной линии КЛ3, но не чувствует минимальный ток за трансформатором Т1.

Чувствительность селективной токовой отсечки выключателя Q13, как основной защиты линии КЛ1 составляет КЧ.СО = 5,6. Коэффициент чувствительности защиты при выполнении ею функции дальнего резервирования защиты на выключателе Q17 равен КЧ.СО = 3,7. Селективная защита имеет достаточную чувствительность, как в своей зоне действия, так и в зоне резервирования нижестоящей защиты.

Мгновенные токовые отсечки:

2.1 Уставки тока Ii.Q17, Ii.Q15, Ii.Q13 мгновенных токовых отсечек разнесены.

2.2 Мгновенная токовая отсечка выключателя Q17 отстраивается от максимального тока трехфазного КЗ на выводах 0,4 кВ трансформатора Т1 , от броска тока намагничивания трансформатора при его включении и должна быть согласована с нижестоящей защитой.

Мгновенная токовая отсечка секционного выключателя Q15 отстраивается от максимального тока трехфазного КЗ на стороне ВН трансформатора Т1 и должна быть согласована с нижестоящей отсечкой на выключателе Q17.

Мгновенная токовая отсечка выключателя Q13 отстраивается от максимального тока трехфазного КЗ на сборных шинах РП и должна быть согласована с нижестоящей токовой отсечкой на выключателе Q15.

2.3 Мгновенная токовая отсечка имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени и действует на отключение.

2.4 Мгновенная токовая отсечка должна чувствовать минимальный ток двухфазного КЗ в месте установки защиты. Для выключателя Q17 КЧ.МО = 3,2. Следовательно, это отсечка отключит все виды токов КЗ в зоне своего действия.

Для секционного выключателя Q15 КЧ.МО = 0,5. Следовательно, это отсечка отключит все виды токов КЗ в зоне своего действия. Мгновенная токовая отсечка не чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах РП, поэтому её не устанавливаем.

Для выключателя Q13 КЧ.МО = 0,43. Следовательно, мгновенная токовая отсечка не чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах ПС, поэтому её устанавливать не будем.

Таблица 10

Рисунок 21 - Карта селективности защит электрической сети 6 кВ

6. Расчет защиты электрической сети напряжением 6-10 кВ

Рисунок 22 - Принципиальная схема электрической сети

Для защиты линии КЛ7 от ОЗЗ используется ненаправленная токовая защита нулевой последовательности с независимой от тока выдержкой времени. Защиту от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) осуществим с помощью функции 51N устройства Sepam S20 - рис. 23

Рисунок 23 - Защита, отходящей от РП линии

Расчёт проводится для половины схемы электрической сети напряжением 6 кВ, например, рассматриваются все кабели, подключенные к 1СШ подстанции, 1СШ распределительного пункта. Линии КЛ1-КЛ4 выполнены кабелями с бумажной изоляцией, а КЛ7 с изоляцией из сшитого полиэтилена. К каждой секции сборных шин 6 кВ подстанции подключены кабели, имеющие суммарные ёмкостные токи по 23 А, а РП - кабели с ёмкостными токами по 12 А.

Собственный ёмкостный ток какой-либо кабельной линии определяется по выражению ICi = IУДi • LКЛi, где IУДi - удельный емкостный ток кабельной линии, А/км; LКЛi - длина линии, км.

Расчетное значение тока ОЗЗ электрической сети, состоящей из n кабельных линий, определяется по выражению

Результаты расчёта тока ОЗЗ сведены в таблицу 11.

Таблица 11

Ток срабатывания защиты IС.Зi отстраивается от ёмкостного тока, протекающего в нормальном режиме работы сети через трансформатор тока нулевой последовательности (рис. 14 и 19) защищаемой линии (собственного тока защищаемого присоединения IС.ЗПi)

IC.З.КЛ7 ? КН.С • КБР • IС.ЗП.КЛ7= 1.2•1•0,3=0,36 А

Проверим чувствительность выбранной защиты

Следовательно, защита кабельной линии КЛ7 от ОЗЗ имеет достаточную чувствительность.

Для защиты кабельной линии КЛ1 от ОЗЗ используется ненаправленная токовая защита нулевой последовательности с независимой от тока выдержкой времени. Защиту от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) осуществим с помощью функции 51N устройства Sepam S20 - рис. 24

Для выбора уставки срабатывания защиты от ОЗЗ необходимо знать собственный ток защищаемого присоединения IС. ЗПi и суммарный ток ОЗЗ IОЗЗ. Ток ОЗЗ равен IОЗЗ = 37,67 А. Собственный ток, протекающий через трансформатор тока нулевой последовательности ТА2, будет равен сумме ёмкостных токов кабельной линии КЛ4, КЛ7 и воздушной линии ВЛ6 и линии, отходящих от распределительного пункта РП

IС.ЗП.КЛ1 = IС.КЛ1 + IС.КЛ7 + IС.КЛ6 + IС.УКЛ.РП =

= 1,82 + 0,3 + 0,35 + 12 = 14,47 А.

Ток срабатывания защиты от ОЗЗ КЛ1 отстраивается от ёмкостного тока, протекающего в нормальном режиме работы сети через трансформатор тока нулевой последовательности ТА2 (собственного тока защищаемого присоединения IС.ЗПi)

IC.З.КЛ1? КН.С • КБР • IС.ЗП.КЛ1 = 1,2 • 1 • 13,25 = 15,9 А.

Проверим чувствительность выбранной защиты

Следовательно, защита от ОЗЗ кабельной линии КЛ1 имеет достаточную чувствительность.

Для защиты кабельной линии КЛ4 от ОЗЗ используется ненаправленная токовая защита нулевой последовательности с независимой от тока выдержкой времени. Защиту от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) осуществим с помощью функции 51N устройства Sepam S20 - рис. 25

Рисунок 25 - Защита, отходящей от ПС линии

Ток ОЗЗ равен IОЗЗ = 37,67 А. Ток срабатывания защиты IС.З.КЛ4 отстраивается от ёмкостного тока, протекающего в нормальном режиме работы сети через трансформатор тока нулевой последовательности защищаемой линии

IC.З.КЛ4 ? КН.С • КБР • IС.ЗП.КЛ4= 1,2•1•0,08=0,096 А

Проверим чувствительность выбранной защиты 

Следовательно, защита кабельной линии КЛ1 от ОЗЗ имеет достаточную чувствительность.

6.1 Устройство неселективной сигнализации

Устройство контроля изоляции (или общая неселективная сигнализация появления ОЗЗ в электрической сети, питаемой от сборных шин подстанции или высоковольтного распределительного пункта) фиксирует факт возникновения ОЗЗ в электрической сети. Устройство подключается к одной из секций сборных шин подстанции, используя информацию о напряжении нулевой последовательности. Практически все устройства контроля изоляции сети напряжением 6-10-35 кВ выполняются с использованием трансформаторов напряжения ТV - трехфазных, либо трех однофазных. На сегодняшний день наиболее надежными являются трансформаторы напряжения типа НАМИ и НАМИТ (трехфазный трансформатор напряжения антирезонансный, измерительный), которые рекомендуется устанавливать на подстанциях и распределительных пунктах электрических сетей напряжением 6-10-35 кВ. На рис. 23 приведена схема включения устройства контроля изоляции, выполненная с использованием трансформатора напряжения типа НАМИ. Вторичная обмотка ТV, соединенная по схеме «разомкнутого треугольника», является фильтром напряжения нулевой последовательности ЗUО. В нормальном режиме работы сети при симметричных напряжениях фаз относительно земли UАt , UВt и UСt на выводах этой обмотки напряжение, пропорциональное напряжению нейтрали UN, практически отсутствует (имеется только напряжение небаланса, значение которого обычно не превышает 1 В). При возникновении ОЗЗ, например, фазы А напряжение этой фазы относительно земли UАt становится равным нулю (точка «t» перемещается в вершину треугольника А - рис. 26, в). Напряжения неповрежденных фаз В и С относительно земли UВt и UСt увеличиваются с фазного значения до линейного, а напряжение на нейтрали сети N становится равным значению фазного напряжения источника питания поврежденной фазы UN = UА. При этом на обмотке, соединённой по схеме «разомкнутого треугольника» напряжение достигает 100 В и защита напряжения нулевой последовательности (для электрической сети с компенсацией ёмкостных токов), имеющая уставку по напряжению 0,3•UФ = 30 В, с выдержкой времени 0,5-0,7 с срабатывает на сигнал (на рис. 26,г обозначено: KV - реле напряжения, КТ - реле времени, НL - сигнальная лампа). В электрической сети с изолированной нейтралью уставку по напряжению иногда снижают до уровня 0,06•UФ = 6 В.

Рисунок 26 - Схема включения устройства контроля изоляции (а, г) и векторные диаграммы напряжений до ОЗЗ (б) и при ОЗЗ (в)

Дополнительно устройство контроля изоляции позволяет контролировать напряжения фаз сети относительно земли с помощью одного вольтметра PV с переключателем SA, подключаемого к фазам вторичной обмотки трансформатора напряжения TV, соединённой по схеме «звезда с нулем» или с помощью трех вольтметров, постоянно подключенных к этой обмотке. В нормальном, симметричном режиме все три напряжения фаз относительно земли на выводах вторичной обмотки TV, соединенной по схеме «звезда с нулем», одинаковы и равны 100/v3 ? 57,7 В. При возникновении ОЗЗ показание вольтметра поврежденной фазы понижается до нуля при металлическом замыкании, а показания вольтметров других фаз увеличиваются до линейного значения - 100 В. Таким образом, устройство контроля изоляции позволяет, во-первых, выявить появление ОЗЗ с указанием секции сборных шин с повреждённым присоединением, но, не указывая какое из них повреждено (отсюда название «общая неселективная защита»), во-вторых, показать какая из фаз сети повреждена. После срабатывания защиты на сигнал персонал электрических сетей обязан немедленно при- ступить к определению присоединения с ОЗЗ.

6.2 Устройства селективной защиты от ОЗЗ

Токовые защиты от ОЗЗ в зависимости от вида защищаемой линии электропередачи (воздушные или кабельные) могут получать информацию от различных схем трансформаторов тока нулевой последовательности (ТТНП). Для защиты воздушных линий используется фильтр тока нулевой последовательности, состоящий из трёх фазных трансформаторов тока ТАА, ТАВ, ТАС, вторичные обмотки которых соединены одноимёнными выводами и подключены к реле тока КА (рис. 27,а). Ток, протекающий по реле КА

IКА = I2.А + I2.В + I2.С, = 3•I0

является током нулевой последовательности и в нормальном режиме работы сети равен нулю. При однофазном или двухфазном замыкании на землю появляются токи нулевой последовательности, которые служат в качестве информации для работы релейной защиты.

Рисунок 27 -Схемы питания токовых защит от ОЗЗ

Для защиты кабельных сетей используется специальная конструкция транс- форматора тока, магнитопровод М которого надевается на трёхфазный кабель К или на три однофазных кабеля (рис. 27,б). К вторичной обмотке трансформатора тока подключают устройства защиты и сигнализации КА (рис. 27,в).

В настоящее время широкое распространение получили одножильные кабели напряжением 6-10 кВ, для которых используются ТТНП с расширенным внутренним окном. С этой целью выпускаются ТТНП типа ТЗЛ и ТЗРЛ с диаметром внутреннего окна 100, 125, 200 мм. Компания Schneider Electric применяет также ТТНП типа CSH 120 и CSH 200 с диаметром внутреннего окна 120 и 200 мм. С целью снижения погрешности данных ТТНП необходимо три одножильных кабеля располагать строго по центру внутреннего окна (рис. 28,а). Сопротивление внешних проводов, соединяющих ТТНП типа CSH с блоком защиты Sepam не должно быть больше 4 Ом (рис. 28,б). Коэффициент трансформации ТТНП типа CSH равен 1/470.

Рисунок 28 - ТТНП типа CSH

Рисунок 29 - Схема защиты кабельной линии с использованием терминала Sepam S20

Рисунок 30 - Схема защиты кабельной линии с использованием терминала Sepam S20

Заключение

В курсовой работе «Релейная защита и автоматика в СЭС» были рассмотрены вопросы проектирования устройств релейной защиты, предназначенных для обеспечения нормальной работы системы электроснабжения проектируемого объекта и повышения надежности электроустановок потребителей.

Были выбраны основные виды защит, для них рассчитаны все уставки срабатывания. После этого был выполнен расчет защиты электрической сети от однофазных замыканий на землю. В завершении работы была составлена принципиальная схема защиты трансформатора и кабельной линии.

Библиографический список

1. Релейная защита систем электроснабжения: учебное пособие к изучению курса / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ,2015. - 67 с.

2. Релейная защита и автоматика в системах электроснабжения. Часть 2: Защита электрических сетей напряжением до 1 кВ: учебное пособие / А.М. Ершов. - Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2012. - 168 с.

3. Автоматические выключатели и выключатели нагрузки Compact NS 80-1600 A: Каталог. - Schneider Electric, 2006. - 292 с.

4. Автоматические выключатели и выключатели нагрузки на большие токи Masterpact NT и NW: Каталог. - Schneider Electric, 2007. - 188 с.

5. Правила устройства электроустановок. Изд. 6-е и 7-е. - М.: НЦ ЭНАС, 2003. - 608 с.

Размещено на Allbest.ru