Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчёт сечений и выбор проводников линий 10 кВ

2. Расчёт токов короткого замыкания

2.1 Определение параметров схемы замещения

2.2 Определение токов КЗ в характерных точках системы

3. Выбор типа и мест установки защит

4. Расчёт защиты асинхронного двигателя (М2) напряжением 10 кВ

4.1 Расчёт защиты от междуфазных КЗ в статоре

4.2 Расчёт защиты от перегрузок

4.3 Расчёт защиты от минимального напряжения

5. Расчёт защиты кабельной линии L4 напряжением 10 кВ

5.1 Расчёт токовой отсечки

5.2 Расчёт МТЗ кабельной линии

5.3 Выбор и расчётная проверка трансформатора тока

6. Расчёт защиты трансформатора Т-4 10/0,4 кВ

6.1 Расчёт токовой отсечки

6.2 Расчёт максимальной токовой защиты

6.3 Расчёт токовой защиты нулевой последовательности от однофазных коротких замыканий

7. Расчёт защиты трансформатора Т-2 110/10 кВ

7.1 Расчёт продольной дифференциальной защиты трансформатора Т-2

7.2 Расчёт МТЗ

7.3 Расчёт защиты от перегрузок

7.4 Газовая защита трансформатора

8. Расчёт защиты асинхронного двигателя (М4) напряжением 0,4 кВ

8.1 Защита от междуфазных КЗ

8.2 Защита от перегрузки

8.3 Защита от минимального напряжения

Заключение

Список использованной литературы

Приложение



Рисунок 1. Схема сетей электроснабжения 110/10/0,4 кВ



Исходные данные

Длина линии, км	Мощность нагрузки, МВА (МВт)	Двигатели тип А
		М1	М2
L1/L2	L3/L4	Sн1	Sн2	Pн1/cosц1	Pн2/cosц2	P, кВт/Кп	P, кВт/Кп
13,3/13,5	7,5/7,8	7,5	4,9	0,5/0,83	0,7/0,84	710/5,8	650/6
Мощность трансформаторов	Система G	Двигатель М3, тип А, защита ПС	Двигатель М4, тип А, защита ПС	Выбор устройств
Т1, Т2 МВА	Т3, Т4 МВА	XC, Ом	P, кВт/Кп	cos ц/з	P, кВт/Кп	cos ц/з	РЗ и А
16	1,6	4,9	55/6	0,85/0,83	55/6,5	0,83/0,84	М1, Т1, L3, T3, M4

Трансформаторы 110/10 кВ с РПН имеют: ?U=0,16%, U_k=10,5%

Цеховые трансформаторы 10/0,4 кВ: U_k=5,5%

Воздушные линии: X_1уд=0,4 Ом/км, X₀=3X₁



Введение

В электроэнергетических системах могут возникать как повреждения, так и анормальные режимы работы.

Повреждения являются аварийными режимами, они могут привести к появлению значительных токов и глубокому понижению напряжения на шинах электростанций и подстанций. Ток повреждения может вызвать разрушение в месте повреждения и опасный нагрев проводов. Понижение напряжения нарушает нормальную работу потребителей электроэнергии и устойчивость параллельной работы электростанций энергосистемы.

Анормальные режимы не являются аварийными, так как они обычно приводят лишь к отклонению напряжения, тока и частоты от допустимых значений. При понижении частоты и напряжения создаётся опасность нарушения нормальной работы потребителей и устойчивость энергосистемы, а повышение напряжения и тока может привести к повреждению оборудования.

Для уменьшения разрушений в месте повреждения и обеспечения нормальной работы неповреждённой части энергосистемы необходимо быстрое отключение повреждённого участка.

Опасных последствий анормальных режимов можно избежать за счёт своевременного принятия соответствующих мер к их устранению (например, снижения тока при его увеличении), а при необходимости--отключения электрооборудования, если создавшийся режим будет для него недопустим.

На возникновение повреждений и анормальных режимов реагирует релейная защита, которая выявляет их и действует при повреждениях на отключение, а при нормальных режимах--на сигнал или на отключение. Таким образом, релейная защита является основным видом электрической автоматики, без которой невозможна нормальная работа энергосистемы и электрических сетей.

Основным видом повреждений линий являются короткие замыкания (КЗ). Причинами возникновения КЗ могут быть нарушения изоляции электрооборудования вследствие её износа или перенапряжений, ошибочные действия оперативного персонала, перекрытия изоляторов при их загрязнении, нарушение изоляции животными и птицами и др.

Возможные виды замыканий: трёхфазное и двухфазное КЗ, двухфазное КЗ на землю, двойное замыкание на землю, однофазное КЗ на землю, однофазное замыкание на землю.

Анормальные режимы: перегрузка оборудования; повышение напряжения сверх допустимого значения; качания, возникающие при нарушении синхронной работы генераторов электростанций энергосистемы; асинхронный режим синхронного генератора без возбуждения (например, при отключении автомата гашения поля).

Опасное для изоляции оборудования повышение напряжения может возникнуть, например, при одностороннем отключении или включении длинной высокого напряжения с большой емкостной проводимостью. Ликвидация опасных повышений напряжения в сетях сверхвысокого напряжения осуществляется с помощью специальной автоматики.

Основными элементами при реализации защит являются специальные аппараты, получившие название «реле». Защита, выполненная с использованием реле, называется релейной защитой.



1. Расчёт сечений и выбор проводников линий 10 кВ

Сечение кабельных линий напряжением 10 кВ выбирают для определения их сопротивления, необходимого при расчёте КЗ, а также для того, чтобы можно было подключить нагрузку.

Длительно допустимая нагрузка выбранного сечения кабеля должна быть не менее расчётной нагрузки кабеля в нормальном режиме. Сечение выбирают по нагреву расчётным током и проверяют по термической стойкости.

Расчётный ток определяется для случая возрастания нагрузки кабельной линии при срабатывании АВР.

,

,

,

.

.

Допустимый ток:

,

где k_пвр--коэффициент допустимой перегрузки;

K_сн--коэффициент снижения токовой нагрузки.

По таблице 1.3.16 ПУЭ для кабеля прокладываемого в земле напряжением 10 кВ выбираем сечение S=16 мм² (I_доп=80 А).

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами с бумажной пропитанной маслоканифольной и нестекающей массами изоляцией в свинцовой или алюминиевой оболочке, прокладываемых в земле СБ2Л--3x16.

По таблице 2 определяем активные и индуктивные сопротивления кабеля СБ2Л--3x16 для расчёта двухфазных и трёхфазных КЗ.

Таблица 2

Сечение жилы, мм2	Активное сопротивление при 20° С, Ом/км, жилы	Индуктивное сопротивление, Ом/км, кабеля напряжением, кВ
	алюминиевой	медной	1	6	10	20
10	2,94	1,79	0,073	0,11	0,122	-
16	1,84	1,12	0,068	0,102	0,113	-
25	1,7	0,72	0,066	0,091	0,099	0,135
35	0,84	0,51	0,064	0,087	0,095	0,129
50	0,59	0,36	0,063	0,083	0,09	0,119
70	0,42	0,256	0,061	0,08	0,086	0,116
95	0,31	0,19	0,06	0,078	0,083	0,110
120	0,24	0,15	0,06	0,076	0,081	0,107
150	0,2	0,12	0,059	0,074	0,079	0,104
185	0,16	0,1	0,059	0,073	0,077	0,101
240	0,12	0,07	0,058	0,071	0,075	-

r₀=1,84 Ом/км; x₀=0,113 Ом/км



2. Расчёт токов короткого замыкания

2.1 Определение параметров схемы замещения

Принимаем базисные мощности и напряжения:

, , , .

Определяем базисные токи:

,

,

.

Составим эквивалентную схему замещения для нашей системы электроснабжения.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Определяем сопротивление элементов схемы замещения.

Сопротивление системы:

.

Сопротивление воздушных ЛЭП 110 кВ:

;

,

.

Сопротивление трансформаторов Т1, Т2 определяется для максимального и минимального режима работы. Напряжения трансформатора:

Согласно ГОСТ 721-77, для сетей 110 кВ, U_{max. ВН} трансформатора не должно превышать 126 кВ. Поэтому принимаем U_{max. ВН}=126 кВ.

Сопротивления трансформаторов для крайних положений РПН:

;

,

;

.

где U_k.max, U_k.min--напряжения КЗ трансформатора при крайних положениях РПН трансформатора по исходным данным.

Сопротивление цеховых трансформаторов Т3 и Т4:

.

Определяем сопротивление и ЭДС двигателей М1, М2, М3, М4:



;

,

.

; --для асинхронного двигателя;

-для асинхронных двигателей М1 и М2.

,

.

Сопротивление и ЭДС нагрузки:

;

,

,

,

,

.

Сопротивление кабельных линий L3 и L4:

;



,

,

;

,

.

2.2 Определение токов КЗ в характерных точках системы

Определяем эквивалентное сопротивление и ЭДС системы (левая сторона).

,

.

;

.

;

.

;



.

Максимальное решение работы системы:

,

Минимальное решение работы системы:

.

.

Определяем эквивалентное сопротивление и ЭДС системы (правая сторона).

,

.

;

,

;

.

;

.

Максимальное решение работы системы:

,

Минимальное решение работы системы:

.

.

Определяем общее эквивалентное сопротивление и ЭДС всей системы:

,

,

Точка К1



Рисунок 3. Упрощённая расчётная схема замещения при КЗ в точке К1

Точка К2

Рисунок 4. Упрощённая расчётная схема замещения при КЗ в точке К2

Точка К3:

Рисунок 5. Упрощённая расчётная схема замещения при КЗ в точке К3

Точка К4:

Рисунок 6. Упрощённая расчётная схема замещения при КЗ в точке К4



Точка К5

Рисунок 7. Упрощённая расчётная схема замещения при КЗ в точке К5

Таблица 3. Токи КЗ в максимальном и минимальном режимах

Точка	Ток КЗ в максимальном режиме, кА	Ток КЗ в минимальном режиме, кА
К1	15,95	15,93
К2	9,64	9,63
К3	13,52	7,7
К4	1,47	1,4
К5	3,51	3,50



3. Выбор типа и места установки защит

В данной курсовой работе требуется выбрать защиты трансформатор Т2 110/10 кВ, кабельной линии L4, трансформатора Т4 10/0,4 кВ, асинхронных двигателей М2 и М4.

1. Для асинхронного двигателя М2 напряжением 10 кВ:

- междуфазных КЗ (токовая отсечка);

- перегрузок;

- минимального напряжения;

- однофазных замыканий на землю.

2. Для кабельной линии L4напряжением 10 кВ:

- токовая отсечка без выдержки времени;

- максимальная токовая защита.

3. Для трансформатора T4 10/0,4 кВ:

- токовая отсечка;

- максимальная токовая защита;

- токовая защита нулевой последовательности.

4. Для трансформаторов Т1 и Т2 напряжениями 110/10 кВ;

- дифференциальная токовая защита;

- максимальная токовая защита;

- защита от перегрузок;

- газовая защита.

5. Для асинхронного двигателя М4 напряжением 0,4 кВ защиты от:

- междуфазных КЗ;

- перегрузок;

- минимального напряжения;

- однофазных замыканий на землю



4. Расчёт защиты асинхронного двигателя (М1) напряжением 10 кВ

Для асинхронных двигателей напряжением выше 1 кВ предусматриваются устройства релейной защиты. Главным и наиболее действенным средством является электрическая защита, выполняемая в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Для асинхронного двигателя М2 номинальной мощностью 750 кВт используется следующие виды защит:

- от междуфазных повреждений в статоре (токовая отсечка);

- от замыканий обмотки статора на землю;

- от перегрузок;

- от понижения напряжения.

Рисунок 8. Схема защиты асинхронного двигателя

4.1 Расчёт защиты от междуфазных КЗ в статоре

Защита электродвигателей от междуфазных КЗ является основной РЗ,и её установка обязательна во всех случаях. В качестве РЗ электродвигателя от междуфазных КЗ при P_д.ном. 5000 кВт применяется токовая отсечка без выдержки времени.

Чтобы исключить возможность ложного действия защиты, она должна быть отстроена по максимальному току, который может проходить через защиту при неповреждённом электродвигателе. За такой ток обычно принимается пусковой ток электродвигателя, который он потребляет при выведенных (закороченных) пусковых устройствах. Первичный ток срабатывания токовой отсечки рассчитывается по выражению:

где =1,4--коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле и наличие апериодической составляющей в I_пуск электродвигателя, для реле РТ-40.

I_пуск--пусковой ток электродвигателя при номинальном напряжении питающей сети;

I_ном.дв.--номинальный ток двигателя:

Выбираем трансформатор тока ТПЛ - 10 с k_ТТ=100/5.

Ток срабатывания реле токовой отсечки:

;

=19,50 (А)

где k_сх--коэффициент схемы (k_сх=1 при соединении полной или неполной звездой);

k_ТА--коэффициент трансформации трансформатора тока защиты;

I_с.з.--первичный ток срабатывания защиты.

Вторичное реле тока косвенного действия типа РТ-40 предназначен в качестве измерительного органа в схемах релейной защиты и автоматики. Для выполнения реле использована электромагнитная система с поперечным движением якоря.

Выбираем реле РТ-40/50.

Релейная защита должна обладать достаточной чувствительностью при возникновении КЗ в пределах зоны её действия.

Чувствительность релейной защиты определяется тем минимальным значением параметра (тока, напряжения и др.), на который реагирует данная защита.

Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом k_ч. Для защит, реагирующих на КЗ,

Защита удовлетворяет требованиям ПУЭ.

Время срабатывания токовой отсечки: t_с.з.=0,1 с--отстраивается от времени действия разрядников.

4.2 Расчёт защиты от перегрузок

Защита от перегрузки должна отключать электродвигатель, на котором она установлена, только в том случае, если без остановки электродвигателя нельзя устранить причину, вызвавшую перегрузку. Использование защиты от перегрузки с действием на отключение целесообразно также в установках без обслуживающего персонала. В качестве защиты от перегрузок используется МТЗ. На электродвигателях, защита которых от перегрузки не должна действовать на отключение, целесообразно использовать реле с двумя парами контактов типа РТ-84, обеспечивающее раздельное действие отсечки и индукционного элемента. Токовое реле можно включить в обратный провод неполной звезды.

Рисунок 9. Схема защиты А.Д. от перегрузок

Ток срабатывания защиты от перегрузки:

где k_отс= 1,2;

k_в=0,85--для РТ-84/1.

Ток срабатывания реле:

Чувствительность защиты от перегрузки не проверяется, так как она не предназначена для действия при КЗ.

Выдержка времени защиты определяется в соответствии со временем пуска защищаемого электродвигателя. При применении реле РТ-84 выдержка времен на них должна быть больше времени пуска и самозапуска электродвигателя:

t_с.з.п.=t_пуск+t_зап.=10+0,5=10,5 с.

4.3 Расчёт защиты от минимального напряжения

Данная защита устанавливается главным образом не для непосредственной защиты самих электродвигателей, а для облегчения восстановления нормального режима работы электроустановки в послеаварийных условиях, а также для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и предотвращения самозапуска с неподготовленными пусковыми устройствами.

Когда самозапуск двигателей недопустим при восстановлении напряжения после кратковременного его исчезновения (по условиям технологического производства, безопасноти обслуживающего персонала, ограничения токов самозапуска), на таких двигателях устанавливают защиту минимального напряжения, действующую на их отключение.

Напряжение срабатывания первой ступени защиты выбирается по условию обеспечения самозапускаответственных электродвигателей и возврата реле при восстановлении напряжения полсе отключения КЗ и принимается равным U_ср=70 В.

Выдержка времени защиты t_с.з. выбираем в зависимости от допустимого времени, обусловленного требованиями техники безопасности и технологическими особенностями механизмаов, и составляет 20 с и более.



5. Расчёт защиты кабельной линии L3 напряжением 10 кВ

На одиночных линиях с односторонним питанием устанавливается защита от многофазных КЗ. Она, как правило, выполняется в виде двухступенчатой токовой защиты: первая ступень выполнена в виде токовой отсечки, вторая--в виде максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени. На линии группового питания силовых трансформаторов зона действия первой ступени защиты, по возможности, охватывает всю линию до выводов высшего напряжения питаемых трансформаторов. При необходимости обеспечения термической стойкости линии или устойчивости нагрузки допускаются, действие первой ступени защиты без выдержки времени и неселективная её работа по отношению к предохранителям, установленным для защиты трансформаторов, а также поочерёдное АПВ. Рекомендуется, чтобы вторая ступень защиты обеспечивала отключение КЗ на выводах низшего напряжения трансформаторов, присоединённых к линии.

Рис.10 Схема токовой отсечки

5.1 Расчёт токовой отсечки

Токовая отсечка выполнена на реле типа РТ-40 и служащая для мгновенного отключения цепи при возникновении КЗ.

Время срабатывания токовой отсечки отстраивается от времени работы разрядников: t_КЗ=0,5 с.

где k_отс--коэффициент отстройки, равный 1,2.

I_{КЗ ВН max}--максимальный ток КЗ в начале защищаемой зоны защиты смежного участка сети: I_{КЗ ВН max}=I_{КЗ max}

Для определения зоны L^I, защищаемой первой ступенью (ТО), построим график зависимости токов в реле при трёхфазных КЗ от расстояния.

Рисунок 11. Зона действия токовой отсечки

Из рисунка видно, что токовая отсечка защищает 54 % линии.

5.2 Расчёт МТЗ кабельной линии

Определяем ток срабатывания защиты:



,

где I_раб.max--максимальный рабочий ток, принимаем равным предельно допустимому току кабеля, А: I_доп.=80 А.

Сопротивление схемы в именованных единицах:

Ток самозапуска:

Коэффициент самозапуска:



Ток срабатывания защиты:

По максимальному рабочему току, напряжению сети и классу точности выбираем трансформатор тока типа ТПЛ - 10 с k_ТА=100/5.

Определяем ток срабатывания реле:

Выбираем реле типа РТ-40/50.

Время срабатывания МТЗ:

Коэффициент чувствительности:

где I_p.min--ток в реле при двухфазном КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы, А:

5.3 Выбор и расчётная проверка трансформатора тока

Точность работы трансформаторов тока, предназначенных для релейной защиты, характеризуется погрешностью . Она связана с предельной кратностью k₁₀, представляющей собой наибольшее отношение расчётного первичного тока I_{1 рас} к первичному номинальному току I_{1 ном} трансформатора, при котором полная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает = 10 %. Таким образом, выбор трансформатора тока для релейной защиты сводится к определению расчётного первичного тока I_{1 рас} и максимальной допустимой вторичной нагрузки Z_н.доп, при которых полная погрешность не превышает 10 %.

Таким образом, расчётная проверка трансформатора тока проводится по двум критериям:

- проверка на 10 % погрешность;

- предельное напряжение на вторичной обмотке должно быть U_2доп. 1000 В.

Проверка на 10 % погрешность.

Расчёт трансформатора тока ТПЛ - 10, класс точности для релейной защиты «Р» с коэффициентом трансформации k_ТА=150/5.

Допустимое значение кратности, при котором обеспечивается нормируемое значение погрешности:

где I_1рас.=1,1I_согл.=1,1460=506 (А)--первичный расчётный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформатора тока с погрешностью не более 10 %;

I_согл.--ток КЗ, при котором производится согласование по времени последующей и предыдущей защит.

По кривым предельных кратностей трансформатора тока типа ТПЛ - 10 определяем Z_н.доп.=0,9 Ом.

Определяем сопротивление, включённое во вторичную цепь обмотки ТА:

где Z_р--сопротивление реле, Ом.

R_пер=0,1 Ом--переходное сопротивление контактов.



Проверяем условие Z_н.расч.Z_н.доп.0,176 0,9

Условие выполняется, т.е. обеспечивается работа ТА с погрешностью менее 10 %.

Определяем максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока при близких КЗ:

где k_max--максимальная кратность тока при КЗ в начале защищаемого участка;

Выбранные трансформаторы тока удовлетворяют всем условиям.



6. Расчёт защиты трансформатора Т-3 10/0,4 кВ

Основные виды повреждений в трансформаторах:

· многофазные (междуфазные) КЗ в обмотках и на выводах;

· однофазные замыкания;

· внутренние повреждения.

Однофазные замыкания бывают двух видов: на землю и между витками одной фазы. Замыкания одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединённых к сетям с глухозаземлёнными нейтралями.

При витковых замыканиях в замкнувших витках возникает значительный ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора.

К внутренним повреждениям относится, в частности «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами магнитопровода ,что ведёт к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи.

Анормальными режимами работы трансформатора являются:

· внешние КЗ, при которых через обмотки трансформатора могут проходить токи, превышающие номинальные, что приводит к нагреву изоляции обмоток и её старению или повреждению;

· перегрузка трансформатора, которая не влияет на работу системы электроснабжения, так как токи перегрузки, как правило, невелики и их повреждение допустимо в течение некоторого времени, достаточного для того, чтобы персонал принял меры к разгрузке трансформатора;

· недопустимое понижение уровня масла, которое может произойти при повреждении бака трансформатора.

В качестве защиты от междуфазных КЗ в обмотках и на их выводах для цеховых трансформаторов (номинальная мощность--до 2 500 кВА включительно) применяется токовая отсечка.

Токовая отсечка является простой быстродействующей защитой, однако имеет следующие недостатки:

· реагирует только на большие токи повреждения;

· охватывает своей зоной действия только часть трансформатора.

Токовая отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой обеспечивает хорошую защиту трансформаторов малой и средней мощности.

Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформаторов при КЗ на сборных шинах либо на отходящих от них присоединениях, если защиты или выключатели указанных элементов отказали в работе. Одновременно защита от внешних КЗ используется и для защиты трансформатора от повреждений. Так как по условиям селективности защита от внешних КЗ должна иметь выдержку времени, она не может быть быстродействующей. Поэтому она используется как основная только на маломощных трансформаторах. На трансформаторах .имеющих специальную защиту от внутренних повреждений, защита от внешних КЗ применяется как резервная.

Для защиты трансформаторов от внешних КЗ используется различные защиты: простая МТЗ, токовая обратной последовательности, токовая нулевой последовательности ,токовая с пуском по напряжению. Каждая из этих защит имеет свою область применения.



Рисунок 12 - Схема токовой защиты трансформатора Y/Y₀

6.1 Расчёт токовой отсечки

Междуфазные КЗ на трансформаторах могут происходить на выводах обмотки НН трансформатора, на сборных шинах НН и на отходящих элементах питаемой сети НН. Наибольшее значение тока соответствует трехфазному КЗ, причем во всех трех фазах токи равны между собой, как на стороне НН, так и на стороне ВН

Для защиты от междуфазных КЗ на выводах трансформатора и на части обмоток высшего напряжения выбираем схему двухфазной трёхлинейной неполной звезды с двумя реле типа РТ-40.

Ток срабатывания токовой отсечки:

где k_отс=1,2--коэффициент отстройки на реле типа РТ-40.

Ток срабатывания реле РТ-40:

Выбираем реле типа РТ-40/200.

Проверяем чувствительность токовой отсечки:

где I_р.min--ток в реле при двухфазном КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы, А:

Время срабатывания токовой отсечки .

6.2 Расчёт максимальной токовой защиты

Максимальная токовая защита срабатывает при увеличении тока защищаемого элемента сверх установленного тока срабатывания (уставки). Причиной увеличения тока трансформатора может быть и повреждение самого трансформатора, и КЗ на шинах или на отходящих элементах НН, а также самозапуск питаемых электродвигателей после кратковременного перерыва питания или подключения к работающему трансформатору дополнительной нагрузки при срабатывании устройства АВР. Для предотвращения излишних срабатываний при токах перегрузки, вызванных самозапуском электродвигателей или подключением дополнительной нагрузки, максимальная токовая защита должна иметь ток срабатывания (уставку), больший, чем максимально возможный ток перегрузки. А для предотвращения излишних (неселективных) срабатываний при КЗ на отходящих элементах НН максимальная токовая защита трансформатора должна иметь орган выдержки времени, замедляющий ее действие на время, необходимое для срабатывания защиты поврежденного отходящего элемента. электроэнергетический трансформатор двигатель проводник

Ток срабатывания МТЗ выбирается как наибольший из токов, определяемый по двум условиям:

- отстройки от максимального рабочего тока:

где .

- ток срабатывания реле:

Выбираем реле РТ-40/50.

Проверяем чувствительность максимальной токовой защиты при двухфазном КЗ за трансформатором:

где --ток, протекающий в месте установки защиты, при двухфазном КЗ за трансформатором в минимальном режиме работы системы.

Время срабатывания МТЗ t_МТЗ=1,1 с:

6.3 Расчёт токовой защиты нулевой последовательности от однофазных коротких замыканий

Специальная токовая защита нулевой последовательности от однофазных КЗ на землю устанавливается на понижающих трансформаторах с соединением обмотки НН в звезду с выведенной нейтралью, которая глухозаземлена (в отличие от нейтралей, которые могут заземляться через индуктивное или активное сопротивление). Измерительным органом защиты нулевой последовательности является одно максимальное реле тока Т₀, включенное через трансформатор тока и в заземленную нейтраль. В нормальном режиме работы трансформатора со строго симметричной нагрузкой всех трех фаз и при отсутствии в сети НН токов высших гармоник ток в нейтрали трансформатора теоретически равен нулю. Практически ток в нейтрали, называемый током небаланса, не равен нулю и иногда может достигать больших значений, что ведет к перегреву трансформатора и уменьшает срок его службы. Поэтому ГОСТ 11677--85 (а также предыдущие его издания) ограничивает допустимое значение тока небаланса в нулевом проводе: не более 0,25 номинального (фазного) для трансформаторов со схемой соединения обмоток Y/Y и не более 0,75 -- для трансформаторов ?/У-. От этого допустимого тока небаланса защита нулевой последовательности, как правило, должна быть отстроена.

Для трансформатора Y/Y₀ток срабатывания защиты выбираем из условия отстройки от максимального тока небаланса в нулевом проводе:

где I_{ном.тр(0,4)}--номинальный ток трансформатора на стороне 0,4 кВ.

Трансформатор тока выбираем по току, протекающему в нулевом проводе:

Следовательно, k_ТА=600/5.

Ток срабатывания реле:



Выбираем реле типа РТ-40/20 .

Время срабатывания защиты нулевой последовательности можно не согласовывать с защитами отходящих элементов сети 0,4 кВ и выбирать t_с.з. 0,5 с.



7. Расчет защиты трансформатора Т1- 110/10 кВ

7.1 Расчет продольной дифференциальной защиты трансформатора Т1

Определим первичные и вторичные токи в плечах дифференциальной защиты трансформатора:

где Iном - номинальный первичный ток;

S- номинальная мощность трансформатора;

Uном- номинальное междуфазное напряжение рассчитаваемойстороны трансформатора.

Выбираем трансформатор тока по величине номинального тока защищаемого трансформатора:

- ТА на стороне ВН:

Выбираем kТА = 150/5.

- ТА на стороне НН:

Выбираем kТА = 1000/5.

Вторичные токи в плечах защиты:

Определим ток срабатывания защиты на реле ДЗТ - 11:

где kотс = 1,5 - коэффициент отстройки для защиты на реле ДЗТ;

kсх - коэффициент схемы для трансформатора тока на основной

стороне.

Определим ток срабатывания основной стороны:

За основную сторону принимаем сторону 110 кВ.

Число витков обмотки трансформатора (НТТ), подключаемой к трансформаторам тока основной частоты, определяется по выражению:

Где Fср - магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле, для дифференциальных реле равна 100 ± 5 А.

Уточним ток срабатывания реле:

Для неосновной обмотки число витков определяется по условию обеспечения выравнивания магнитодвижущих сил обмоток основной и неосновной сторон в номинальном режиме работы защищаемого трансформатора:

Из этого соотношения следует, что число витков обмотки НТТ, включаемой на неосновной стороне, должно быть:

Выбираем Wнеосн= 12 виток, из них

Для обеспечения несрабатывания реле при внешних КЗ на тормозной обмотке реле должно быть включено число витков Wm, определяемое по выражению:

где Iнб - ток небаланса, А;

Wp - расчетное число витков рабочей обмотки реле на стороне,где включено тормозная обмотка;

tanб = 0,75 - для реле ДЗТ-11.

Ток небаланса, приведенный к стороне НН, имеет три составляющие:

Составляющая тока небаланса Iґнб определяется наличием погрешности ТА:

где е - относительное значение тока намагничивания, при выборе трансформаторов тока по кривым предельных кратностей принимаем равным 0,1;

kодн - коэффициент однотипности, принимаем равным 1,0;

kапер- коэффициент, учитывающий переходный режим, для реле с НТТ может быть принят равным 1,0

Составляющая тока небаланса Iґґнб от изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора с РПН:

где - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора.

Составляющая тока небаланса обусловленная неточностью выравнивания МДС сторон промежуточного ТА реле ДЗТ - 11:

Тогда:

Количество витков тормозной обмотки:

Определим коэффициент чувствительности:



7.2 Расчёт МТЗ

Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора при КЗ на сборных шинах или на отходящих присоединениях, если релейная защита или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно МТЗ используется и для защиты от повреждений в трансформаторе, как резервная при отказе основных защит.

Рисунок 13. - Расчетная схема МТЗ

Ток срабатывания МТЗ:



где k_в = 0,85 - для реле РТ-40;

k_отс= 1,2.

Определим коэффициент самозапуска двигателей нагрузки H1. Составим схему замещения (рисунок 14).

Рисунок 14. - Схема замещения

Определим сопротивление нагрузки секций на которые подается напряжение при срабатывании АВР.

Сопротивление системы Хс = 4 Ом.

Сопротивление линии:

Сопротивление трансформатора Т1:



Сопротивление двигателя при пуске:

Сопротивление нагрузки:

Сопротивление Хэ1 приведем к стороне 110 кВ.

Эквивалентное сопротивление:

Ток самозапуска:

Коэффициент самозапуска:

Предельный ток:

Ток срабатывания защиты:

Ток срабатывания реле:



Окончательно выбираем реле РТ-40/50.

Проверим коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором:

Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени t_сз релейных защит присоединений, питающихся от трансформатора.



7.3 Расчёт защиты от перегрузок

Ток срабатывания релейной защиты от перегрузок выбирается из условия возврата токового реле при минимальном токе трансформатора:

Где k_отс= 1,05.

Выбираем реле РТ-40/20.

Время срабатывания защиты от перегрузок выбирается на ступень больше времени защиты трансформатора от внешних КЗ:

7.4 Газовая защита трансформатора

В соответствии с ПУЭ на трансформаторах большой мощности устанавливается газовая защита. В данном трансформаторе такая защита необходима.

Обмотки большинства трансформаторов помещены в бак с маслом, которое выполняет роль изолятора и охладителя обмоток. При межвитковых КЗ и других повреждениях обмотки трансформатора, масло нагревается и разлагается, на использовании этого явления и основана газовая защита. Выполнена защита на газовом реле, которое устанавливается в трубе, соединяющей бак трансформатора с расширительным баком. Состоит из кожуха и двух, расположенных внутри него поплавков с ртутными контактами, замыкающимися при изменении положения поплавков. Один поплавок расположен выше, другой - ниже.

При слабом газообразовании, и (или) при незначительном снижении уровня масла контакты верхнего поплавка замыкаются, и сигнал проходит в диспетчерское управление. При бурном газообразовании и (или) значительном снижении уровня масла контакты нижнего слоя замыкаются, и трансформатор автоматически отключается.

Достоинства: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждений внутри бака, сравнительно небольшое время срабатывания, простота выполнения, способность защищать трансформатор при недопустимом снижении уровня масла по любым причинам.

Недостатки:

- не реагирует на повреждения вне бака;

- защита может сработать ложно при попадании в бак воздуха (при доливке масла, после ремонта систем охлаждения и т.д.), следовательно, газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.



8. Расчет защиты асинхронного двигателя (М3) напряжением 0.4 кВ

Релейная защита электродвигателей, так же как и защита генераторов и трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы.

Защита электродвигателей должна обеспечивать возможность их самозапуска, т.е. она не должна преждевременно отключать электродвигатели как при понижении напряжения, так и при его восстановлении.

Защита электродвигателей напряжение 500 В и ниже осуществляется, исходя из тех же требований, что и электродвигателей более высоких напряжений.

Для этих электродвигателей применяются: а) мгновенная защита от междуфазных к.з.; б) защита от перегрузок; в) защита минимального напряжения.

Однако часто при небольшой мощности электродвигателей ниже 1000 В и во многих случаях малоответственных двигателей защиты имеют свои особенности, а именно для них в значительно большей мере применяется защита предохранителями; в ряде других случаев допускаются схемы соединения, при которых отключение к.з. в одном электродвигателе осуществляется выключателем, установленным на ответвлении, питающем несколько электродвигателей; для защиты минимального напряжения широкое распространение имеют магнитные пускатели.

Определяем длительный ток в линии:



Определяются данные и выбирается автоматика защиты - тепловое реле (АЗ-ТР).

Номинальный ток магнитного пускателя должен быть не меньше номинального тока электродвигателя. Этому соответствует магнитный пускатель ПМ12-125 с В него встраивают тепловое реле РТЛ. Необходимо, чтобы ток несрабатывания реле был не менее номинального тока электродвигателя. Этому соответствует реле РТТ-3, которое позволяет регулировать ток в пределах 106…143 А.

Определяются данные и выбирается автоматика защиты типа предохранителя с наполнением ПН-2:

Для легкого пуска

Выбираем предохранитель ПН - 2 с номинальным током патрона 250 А и плавкую вставку с

8.2 Защита от перегрузки

Защита от перегрузки предохраняет двигатель от недопустимого перегрева, в частности и при сравнительно небольших по величине, но продолжительных тепловых перегрузках. Защита от перегрузки должна применяться только для электродвигателей тех рабочих механизмов, у которых возможны ненормальные увеличения нагрузки при нарушениях рабочего процесса.

Аппараты защиты от перегрузки (температурные и тепловые реле, электромагнитные реле, автоматические выключатели с тепловым расцепителем или с часовым механизмом) при возникновении перегрузки отключают двигатель с определенной выдержкой времени, тем большей, чем меньше перегрузка, а в ряде случаев, при значительных перегрузках, -- и мгновенно.

Для защиты от перегрузок будем использовать магнитный пускатель ПМ-12 тепловое реле серии РТЛ. Необходимо, чтобы ток несрабатывания реле I_н.р. был не менее номинального тока электродвигателя. Этому соответствует реле РТТ-321, которое позволяет регулировать ток I_н.р. в пределах 42,5-57,5 А.

8.3 Защита от минимального напряжения

От перегрузки двигатель сохраняет токовая защита, реагирующая на возрастание тока, а также синхронный двигатель нельзя оставлять в работе при длительных глубоких снижениях напряжения сети во избежание перегрева, особенно если двигатель полностью нагружен.

После отключения по КЗ происходит самозапуск электродвигателей, подключенных к секции или системе шин, на которых во время КЗ имело место снижение напряжения. Токи самозапуска, в несколько раз превышающие номинальные, проходят по питающим линиям (или трансформаторам) собственных нужд. В результате напряжение на шинах собственных нужд, а следовательно, и на электродвигателях понижается настолько, что вращающий момент на валу электродвигателя может оказаться недостаточным для его проворота. Самозапуск электродвигателей может не произойти, если напряжение на шинах окажется ниже 55-65 % Iном.

Для того чтобы обеспечить пуск наиболее ответственных электродвигателей, устанавливается защита минимального напряжения, отключающая неответственные электродвигатели, отсутствие которых в течение некоторого времени не отразится на производственном процессе. При этом уменьшается суммарный ток самозапуска и повышается напряжение на шинах собственных нужд, благодаря чему обеспечивается самозапуск ответственных электродвигателей.

В некоторых случаях при длительном отсутствии напряжения защита минимального напряжения отключает и ответственные электродвигатели. Это необходимо, в частности, для пуска схемы АВР электродвигателей, а также по технологии производства. Так, например, в случае остановки всех дымососов необходимо отключить мельничные и дутьевые вентиляторы и питатели пыли; в случае остановки дутьевых вентиляторов - мельничные вентиляторы и питатели пыли. Отключение ответственных электродвигателей защитой минимального напряжения производится также в тех случаях, когда их самозапуск недопустим по условиям техники безопасности или из-за опасности повреждения приводимых механизмов.

Для этих целей и предусматривается защита от понижения или исчезновения напряжения, называемая обычно нулевой защитой. Аппаратами этой защиты являются контакторы, магнитные пускатели и специально установленные электромагнитные реле напряжения.

При питании главной цепи и цепи управления от одной сети (например, схемы рис.2 и 3) и кнопочном управлении нулевая защита осуществляется контактором или магнитным пускателем КМ. Действительно, при исчезновении напряжения в сети контактор КМ отпадает, а включение его вновь возможно лишь после нажатия кнопки "Пуск" (SB1) при условии, что напряжение сети будет не меньше 0,85Uн.с. Объясняется это тем, что контакторы переменного тока и магнитные пускатели имеют напряжение надежного срабатывания не менее 0,85Uн.с. Напряжение возврата у них обычно не превышает (0,4-0,5)Uн.с.

В схемах управления с командоконтроллером (обычно для двигателей с фазным ротором) нулевая защита выполняется с помощью реле РН (рис.4). В исходном положении рукоятки командоконтроллера КК катушка реле РН обтекается током и контакт РН замкнут. При переводе командоконтроллера в любое рабочее положение контакт КК размыкается и катушка РН и вся остальная аппаратура получают питание теперь только через контакт РН. Когда напряжение в сети исчезает или резко падает (а также при срабатывании максимальных реле КА), реле РН размыкает свой контакт. Повторное включение двигателя возможно лишь после установки командоконтроллера в исходное положение. Тем самым предотвращается самозапуск двигателя.

Рисунок 3. Схемы нулевой защиты

Иногда цепь управления питается от сети переменного тока, не зависимой от сети, питающей главную цепь двигателя (обычно при напряжении главной цепи 380-500В). В таких схемах нулевая защита главной цепи осуществляется с помощью реле РН1 (рис.4,б), а нулевая защита цеп управления обеспечивается контактором КМ (рис.4,в) или реле РН2 (рис.4,г). На рис.4,г показан вариант включения реле РН2 для сложных схем управления с несколькими командоконтроллерами, пакетными выключателями и другими аппаратами ручного управления. В обеих схемах двигатель может быть включен только при наличии напряжения как в главной цепи, так и в цепи управления. Так как при перерыве питания в главной цепи контакты реле РН1 размыкаются, что приводит к отключению контактора КМ (или реле РН2), самозапуск двигателя становится невозможным. В схеме 4,г перед запуском двигателя нужно предварительно нажать кнопку "Подготовка пуска".

Аналогично выполняется нулевая защита в тех случаях, когда цепь управления питается от сети постоянного тока. Такие схемы применяются для электроприводов повторно-кратковременного режима с большой частотой включений, недопустимой для контакторов с управлением на переменном токе и магнитных пускателей.



Заключение

В ходе курсовой работы были рассчитаны следующие виды защит:

Трансформатора Т3- 10/0,4 кВ:

токовая отсечка выполнена на реле РТ-40/100

I_ср = 7,02А k_ч = 2,8 t_сз=0,lc

максимальная токовая защита выполнена на реле РТ-40/10

I_ср=16,18А k_ч=9,3 t_сз=1,1 c

расчёт защиты нулевой последовательности

I_cp=9,6A t_сз=0,5c

Кабельной линииL3 - 10кВ:

- токовая отсечка выполнена на реле РТ-40;

I_ср = 1297,2 А t=0,1 с

- максимальная токовая защита выполнена на реле РТ-40/50

I_ср=9,83 А k_ч=2,02 t_сз=0,1c

Асинхронного двигателя М1 - 10кВ:

токовая отсечка выполнена на реле РТ-40/50

I_ср=19,50 А k_ч=17,09

защита от перегрузок выполнена на реле РТ-84

I_ср =3,782 A t_с.з.=10,5 c

защита минимального напряжения

Uс.р.= 70 В t_с.з.=20c

Трансформатора Т1-- 110/10 кВ:

- дифференциальная токовая защита выполнена на реле ДЗТ-11

k_ч=4,54 W_осн = 13 витка W_неосн = 12 витков

W_торм = 7 виток

максимальная токовая защита выполнена на реле РТ-40/50
I_ср =7,33 А k_ч = 8,96 t_сз=2,1с

защита от перегрузок выполнена на реле РТ-40/20

I_ср =6,29 А t_сз=2,6с

Асинхронного двигателя М4:

- Определяются данные и выбирается магнитный пускатель ПМ12-100 со встроенным тепловым реле РТЛ-206104

-Выбираем предохранитель ПН - 2 с номинальным током патрона 250 А и плавкую вставку с



Литература

1. Правила устройств электроустановок. 7 издание. - М.: Энергоатомиздат, 2003.

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

3. Шабад М.А. Защита трансформаторов 10кВ. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

4. Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей. - Л.: Энергоатомиздат, 1981.

5. Неклепаев Б.Н., Крючков И.Л. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1989.

6. Корогодский В.И. и др. Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кв. М.: Энергоатомиздат, 1987.

7. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 2008.

8. Чернобровов Н.В. Релейная защита.- М.: Энергия, 1974.

9. Андреев В.А. Релейная защита систем электроснабжения. В примерах и задачах. - М.: Высшая школа, 2008.

10. Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. - М.: Форум-Инвра, 2008

11. Ангарова Т.В. и др. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. - М.: Энергоатомиздат, 1981.

12. Астахов Б.А. и др. Справочник по электрическим установкам высокого напряжения. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

13. Шеховцов В.Л. Справочник-пособие по ЭО и ЭСН. - Обнинск, 1994.

14. Смирнов А.Д., Антипов К.М. Справочная книжка энергетика. - М.: Энергоатомиздат, 1978.

15. Гольстрем В.А., Иваненко А.С. Справочник энергетика промышленных предприятий. Киев.: Техника, 1977.



Приложение

Рисунок П-1. Схема защиты асинхронного электродвигателя : а --токовые цепи; б --выходное реле защиты минимального напряжения; в --цепи оперативного тока



Рисунок П-2. Схема токовых цепей и цепей оперативного тока дифференциальной защиты, максимальной защиты, защиты от перегрузки силового трансформатора 110/6--10 кВ



Рисунок П- 3. Схема цепей оперативного тока газовой защиты силового трансформатора 110/6--10 кВ и цепи отключения отделителя и включения короткозамыкателя

Размещено на Allbest.ru