Разработка обеспечения надёжности электроснабжения

ИжГТУ

Кафедра «Электротехники «

Курсовая работа по «АУ и СЭС «

Задание

1. Расчёт электрических нагрузок

2. Расчет токов короткого замыкания

2.1 Расчет сопротивления линии

2.2 Расчет токов короткого замыкания

3. Расчет релейной защиты

3.1 Защита 1 — трансформаторов ТМЗ-630−6 / 0,4 кВ

3.2 Защита высоковольтных двигателей (СД)

3.3 Защита 2 — расчет уставок защит, установленных на АВР

3.4 Защита 3 — максимальная токовая защита отходящих линии

3.5 Дифференциальная защита силового трансформатора 6300−37/6,3

3.6 Защита 4 — защита в начале линии 35 кВ

4. Построение карты селективности

5. Выбор времени срабатывания МТЗ

6. Проверка допустимости выбранного времени срабатывания защиты по условию термической стойкости воздушной линии

7. Оценка эффективности и надежности срабатывания реле в защитах

8. Расчет основных параметров системы автоматики (АПВ, АВР)

Задание

защита ток реле трансформатор

на курсовую работу по предмету «Автоматизация управления системами электроснабжения».

1. Выбрать виды защиты и автоматики для систем электроснабжения в соответствие с категорией эл. приемников и обеспечения надежности эл. снабжения, и рассчитать их параметры.

1.1 Выбрать ток срабатывания защиты.

1.2 Выбрать ток срабатывания реле.

1.3 Уточнить выбранные токи по реле защиты в соответствии с проектируемой схемой.

1.4 Определить коэффициент чувствительности выбранных защит в основной и резервируемой зоне.

1.5 Выбрать время срабатывания основной и резервной защит, построить карту селективности срабатывания защиты.

1.6 Произвести расчетную проверку трансформаторов тока для проектируемых защит.

1.7 Оценить эффективность и надежность срабатывания реле в защитах.

1.8 Проверить допустимость выбранного времени срабатывания защиты по условию термической стойкости кабельной линии.

1.9 Произвести расчет напряжений на выводах вторичных обмоток трансформаторов тока в режиме к.з. в начале защищаемого участка.

1.10 Произвести расчет основных параметров системы автоматики (АПВ, АВР и т. д.)

2. Выбрать для данной схемы трансформаторы тока и релейную аппаратуру.

3. Выбрать сечение токовых цепей защиты линий исходя из работы трансформатора тока с погрешностью менее чем 10%. Расстояние от трансформаторов тока до панелей защиты выбирать 1−50 метров.

1. Расчёт электрических нагрузок

Расчет нагрузок произведем при помощи коэффициента максимума.

Расчетные значения Рр и Qр находим по выражениям:

Рр = n · Ру · ки, (кВт)

Qр = Рр · tg (кВАр)

Находим расчетные нагрузки по секциям:

I секция

Определяем m:

m ;

Определяем число эффективных приемников: т.к. m>3

Из таблицы (л.4, стр.32) находим Км=0.77

Находим расчетную максимальную активую и реактивную мощности:

Pm= (кВт)

Qм = Qр = 153.9 (кВАр)

Sм = (кВА)

Iм = (А)

II секция

Определяем m:

m ;

Определяем число эффективных приемников: nэ = n = 9, т.к. m<3

Из таблицы (л.4, стр.32) находим Км=0.85

Находим расчетную максимальную активую и реактивную мощности:

Pm=.85 (кВт)

Qм = Qр = 105.91 (кВАр)

Sм = .3 (кВА)

Iм = (А)

Находим общую суммарную полную мощность обеих секций c учетом коэффициента разновременности максимума нагрузки:

Выбираем силовой трансформатор:

Sтр= (кВА) где Кз — коэффициент загрузки трансформатора, Кз=0,7;

n — количество трансформаторов.

Следовательно, выбираем два трансформатора ТМЗ — 630 — 6/0,4 с исходными данными? Рхх=1,31 кВт, ?Ркз= 7,6 кВт, Uкз= 5,5%, Iхх= 1,8%.

Таким образом токи секций на стороне U=6кВ будут равны:

Iм1= (А)

Iм2= (А)

I? = Iм1 + Iм2 = 41.4 + 43.86 = 85.26(А)

2. Расчет токов короткого замыкания

рис. 1

Схема замещения представлена на рис. 2

Расчет токов КЗ ведем в именованных единицах.

2.1 Расчет сопротивления линии

Определим минимальную и максимальную мощность короткого замыкания по формуле:

S=UсрIк

Sk max==1088,17 кВА

Skmin кВА

Определим сопротивление системы с учетом Skmax=1088,17кВА, и Skmin=768,12кВА, Uб = Uср = 37 кВ:

(Ом)

Хс2 = (Ом)

Определим активное и индуктивное сопротивление воздушной линии АС-25, U=37 кВ, длиной L=6 км:

Rвл = (Ом)

гдеудельная проводимость металла, AI=32

S-сечение провода, мм2

L — длина линии, км;

рис.2

Xвл = х0 · L = 0,4 · 6 = 2,4 (Ом) где X0 — удельное реактивное сопротивление линии, х0 = 0,4 Ом/км Определим сопротивление силового трансформатора 6,3 МВА, Uкз = 7,5%:

Хтр1 = (Ом) Определим сопротивление синхронного двигателя Рн = 2000кВт, Qн = 816 кВАр Хсд = (Ом),

где X'' - сверхпереходное сопротивление СД, X''=0,2 Ом;

Так как у нас к каждой секции 6 кВ присоединены по два СД, то общее сопротивление будет равно:

Х2сд = (Ом) Сопротивление трансформатора ТМЗ-630−6/0,4 кВ по [л.7, стр. 35] равно:

Rтр2 = 3,1 (мОм) Хтр2 = 13,6 (мОм)

2.2 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов КЗ производим с учетом подпитки от СД:

Iк = Iс + Iсд (кА)

где

Iс — расчетный ток КЗ от системы;

Iсд — расчетный ток КЗ подпитки СД.

При расчете короткого замыкания, так как расчетная схема содержит несколько уровней напряжения — 0,4; 6,3; 37 кВ, то сопротивления следует приводить на тот уровень напряжения, где находится точка КЗ:

Хвн = Хнн Сопротивление системы до точки короткого замыкания вычисляется по формуле:

Zс =, Ом где — суммарное активное сопротивление отрезка линии от системы до точки КЗ, Ом

— суммарное реактивное сопротивление отрезка линии от системы до точки КЗ, Ом Если < то пренебрегают.

Расчетный ток КЗ подпитки СД находим по выражению:

Iсд (кА)

где

EЅ - сверхпереходная ЭДС.

— суммарное сопротивление СД и отрезка линии от СД до точки КЗ, при необходимости приведенное к соответствующему уровню напряжения.

Все результаты расчетов токов КЗ сведем в таблицу 2.

Рассчитываем ток короткого замыкания для точки К4

Приведем расчетную схему замещения к виду:

Z2 = RУ2 + јХУ2 (Ом),

где RУ2 — суммарное активное сопротивление отрезка линии от системы до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

ХУ2 — суммарное реактивное сопротивление отрезка линии от системы до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

RУ2 (мОм) ХУ2 (мОм)

Z2 = RУ + јХУ = 0,88 + ј2,33 (мОм)

Z1 = RУ1 + јXУ1 = 0 + ј4.27 = ј4.27 (мОм)

где RУ1 — суммарное активное сопротивление отрезка линии от СД до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

ХУ1 — суммарное реактивное сопротивление отрезка линии от СД до точки 1 приведенное к 0,4 кВ;

ХУ1 (мОм)

Z3 = Rтр2 + јХтр2 =3,1 + ј13,6 (мОм) Определим общий ток КЗ учитывая токораспределение от системы и от СД:

Iк =Iс + Iсд (кА) где Iсд

Zрез1; ZУ = Zэ + Z3; Zэ; С1

Zэ

=0,21+j0,9

ZУ = Zэ + Z3 (мОм) С1

Zрез1

Iсд (кА)

Iс

Zрез2; ZУ = Zэ + Z3; Zэ; С2

С2

Zрез2

Iс (кА) Таким образом общий ток КЗ для точки К4 будет равен:

Iк =Iс +Iсд =5,75 + 3,26 = 9,01 (кА)

3. Расчет релейной защиты

3.1 Защита 1 — трансформаторов ТМЗ-630−6 / 0,4 кВ

Основными видами повреждений в трансформаторах (автотрансформаторах) являются:

· замыкания между фазами в обмотках и на их выводах;

· замыкания в обмотках между витками одной фазы (витковые замыкания);

· замыкания на землю обмоток или их наружных выводов.

В соответствии с этим, согласно ПУЭ, на трансформаторах (? 6 кВ) должны предусматриваться устройства релейной защиты, действующие при:

· повреждениях внутри баков маслонаполненных трансформаторов;

· многофазных КЗ в обмотках и на их выводах;

· витковых замыканиях в обмотках трансформаторов;

· внешних КЗ;

· перегрузках (если они возможны);

· понижениях уровня масла в маслонаполненных трансформаторах;

Для трансформаторов малой и средней мощности (сюда относится и наш защищаемый трансформатор) хорошую защиту можно обеспечить применением мгновенной токовой отсечки в сочетании с максимальной защитой и газовой защитой.

Газовая защита является: наиболее чувствительной защитой трансформатора от повреждения его обмоток и особенно при витковых замыканиях, на которые максимальная защита и отсечка не реагируют, защитой от понижения уровня масла в маслонаполненных трансформаторах. На нашем трансформаторе предусматриваем газовое реле чашечного типа РГЧ.

Для защиты от повреждений на выводах, а также от внутренних повреждений предусматриваем токовую отсечку без выдержки времени, устанавливаемую со стороны питания и охватывающую часть обмотки трансформатора.

Произведем расчет токов срабатывания максимальной защиты.

Из расчетов токов КЗ следует: I (3)к мин.6.3 = 5483 (А) и ток КЗ на стороне 0,4 кВ приведенного к напряжению 6 кВ I (3)к 0,4 пр. = 9010· 0,4/6,3 = 600,7 (А).

Рассчитаем коэффициент самозапуска нагрузки:

ксзп

где Iсзп — ток самозапуска нагрузки, А

Iр.макс. — максимальный рабочий ток, А, за Iр.макс. с учетом `аварийного` отключения второго трансформатора принимаем расчетный суммарный ток двух секций 0,4 кВ.

Iр.макс. = 85,26 (А)

Iсзп

где Хэ — эквивалентное сопротивление, Ом, Хэ = Хс.пр.6,3 + Хвл пр. 6,3 + Хтр1 пр. 6,3 + Хнагр.

Хнагр. = =14,95

где Х*нагр. = 0,35 (Ом), для общепромышленной нагрузки.

Хэ = 0,052 + 0,07 + 0,473 + 14,95 = 15,54 (Ом)

Iсзп (А) ксзп

Следовательно, ток срабатывания защиты на стороне 6 кВ, выполненной по схеме неполной звезды с двумя реле РТ-95 (I вариант) и по схеме неполной звезды с тремя реле РТ-95 (II вариант), дешунтирующими соответственно два ЭО будет равен:

Iс.з.? (А) где кн =1,1 — коэффициент надежности срабатывания реле РТ-95;

кв = 0,8 — коэффициент возврата реле РТ-95.

Заметим, что потребители на стороне 0,4 кВ не являются ответственными и поэтому АВР на стороне 0,4 не предусматриваем.

Тогда ток срабатывания реле максимальной защиты для обоих вариантов будет равен:

Iс.р. (А) где nт =250/5 — коэффициент трансформации трансформатора тока;

ксх = 1 — коэффициент схемы неполной звезды;

Принимаем ток срабатывания реле РТ-95 Iс.р.= 7(А), тогда Iс. з (А) Проверим чувствительность максимальной защиты трансформатора:

1) при двухфазном КЗ за трансформатором соединением обмоток /?-11 расчетный ток в реле:

Iр (А) (I вариант) к (2) ч < 1,5 и, следовательно, схема неполной звезды с двумя реле нам не подходит.

Iр (А) (II вариант) к (2) ч >1,5 окончательно выбираем схему защиты неполная звезда с тремя реле.2) при однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ за трансформатором со схемой соединения обмоток /?-11 ток I (1)к? I (3)к

Iр (А) к (1) ч 1,5

Целесообразно установить специальную защиту нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ. Выбираем ток срабатывания на стороне 0,4 кВ по условию отстройки от наибольшего тока небаланса в нулевом проводе трансформатора ?/ в нормальном режиме (Iс.з. 1,2· Iн.тр., ГОСТ 11 677–75):

Iс.з. = 1,2 · Iн. тр= 1,2 · 85,26 = 1611,41 (А) Токовую отсечку выполняем на том же реле РТ-95. Тогда ток срабатывания отсечки:

Iс.о.? кн · I (3) к.макс. = 1,6 · 600,7 = 961,12? 1000 (А) где кн = 1,6 — коэффициент надежности для реле РТ-95, (л.6, стр.26);

Но также токовая отсечка предназначена для быстрого отключения всех КЗ, вызывающих опасные для СД снижения напряжения:

Iс.о. .

где Uс.мин.= 6000 — междуфазное напряжение питающей системы в минимальном режиме ее работы, В;

zс.мин. — сопротивление системы в минимальном режиме до места установки отсечки, Ом;

кн = 1,1 — коэффициент надежности;

к0 = 1 — коэффициент, учитывающий зависимость остаточного напряжения в месте установки отсечки от удаленности трехфазного КЗ;

zс.мин. (Ом)

Iс.о. (А) Условие выполняется.

I (3)к.макс. — максимальный ток КЗ на стороне 0,4 кВ приведенное к напряжению 6 кВ.

Коэффициент чувствительности в месте установки равен:

к (2) ч

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТЛМ-10 с nт = 250/5, проверку чувствительности реле защиты и ЭО после дешунтирования, проверку допустимости применения реле РТ-95 по максимальному значению тока КЗ.

1) Проверка на 10% погрешность производится при токе срабатывания отсечки (1000 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 2,5 (Ом) (л.6,стр.287)

В режиме дешунтирования сопротивление

Zн.расч. = 2 rпр. + zр + rпер.,

где rпр. — сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 15 м и сечении 4 мм², zр — сопротивление реле РТ-95, rпер. — сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр. (Ом) zр = (Ом)

Zн.расч. = 2 · 0,09 + 0,61 + 0,1 = 0,89 (Ом) < 4,4 (Ом), что соответствует погрешности е < 10% до дешунтирования ЭО.

2) После дешунтирования ЭО значение Zн.расч. возрастает на ZЭО = (Ом), таким образом Zн.расч. = 0,89 + 2,3 = 3,19 (Ом) и погрешность трансформатора тока в режиме после дешунтирования ЭО превышает 10%.

Определим действительную токовую погрешность при токе надежного срабатывания токовой отсечки кч· Iс.о.= 3,39· 1000 = 3390 (А), чем соответствует кмакс. =

При Zн.расч. = 3,19 (Ом) значение к10 доп =3,3. Коэффициент, А = ,

а f = 64% (л.6,стр.36). Однако с учетом низкого коэффициента возврата электромагнитного реле РТ-85 (0,3−0,4) чувствительность защиты после дешунтирования ЭО не снижается и возврата реле не произойдет:

кч.з. =

3) Произведем проверку чувствительности ЭО:

При токе надежного срабатывания ЭО 1,4· 5 =7 (А)предельная кратность к10 = 1,4, чему соответствует Zн.доп. = 7 (Ом), т. е. значительно больше чем Zн.расч. =2,69 (Ом). Следовательно, е < 10% и тем более f < 10%.

кч ЭО > 1,5,

где Iр.мин. (А);

Iс.ЭО = 5 (А);

ку = 2 — коэффициент, учитывающий уменьшение тока в ЭО по сравнению с током в измерительных трансформаторах реле защиты при двухфазном КЗ за трансформатором, (л.6, стр. 137, таб. 2−2).

4) Проверяем точность работы реле типа РТ-95 при максимальном токе КЗ (5483 А, точка К3).

По Zн.расч. = 0,89 определяем к10 доп. = 9%, затем кмакс. =5483/250 = 21,9 и коэффициент, А = 21,9/9= 2,44 при котором f = 46%, что меньше допустимых 50% для реле типа РТ-85.

I2к.макс. (А) < 150 (А) (условие 1−9,л.6)

5) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 25,44 · 5 · 3,19 = 572,1 (В) < 1400 (В) Таким образом, трансформатор тока типа ТЛМ-10 нам подходит по всем параметрам.

Таблица 1

3.2 Защита высоковольтных двигателей (СД)

Требования к устройствам РЗ и, А подстанции, питающих СД (л.9):

· короткие замыкания, вызывающие снижение напряжения на зажимах СД ниже допустимого по условиям сохранения их устойчивой работы должны отключаться без выдержки времени (можно отключать выключатель или гасить магнитное поле);

· МТЗ линий и трансформаторов, через которые питаются СД, при внешних КЗ не должны срабатывать от токов, посылаемых СД при внешних КЗ;

· продольные дифференциальные защиты элементов должны быть отстроены от токов небаланса, вычисленных при максимальных сквозных токах КЗ с учетом подпитки места повреждения СД;

· устройства АВР на линиях, трансформаторах и секционных выключателях при включении которых подается напряжение на СД, потерявшие основное питание, должны выполнятся с контролем и ожиданием снижения напряжения со стороны СД, при этом перед включением выключателя резервного питания должны отключаться АГП или выключатели СД. Это делается для ускорения действия АВР и для предотвращения несинхронного включения СД и обеспечения их успешной ресинхронизации, т. е. втягивания в синхронизм после включения АГП и подачи тока возбуждения в обмотку ротора электродвигателя.

На синхронных электродвигателях устанавливаются следующие виды защит:

— от междуфазных повреждений в статоре;

— от замыканий на землю (максимальная токовая с нулевой последовательностью);

— от перегрузки;

— от понижения напряжения;

— от асинхронного режима.

Защита от междуфазных повреждений является основной и обязательной защитой любого синхронного электродвигателя. Она выполняется мгновенной в виде токовой отсечки или продольной дифференциальной защиты (для электродвигателей с Р 2 МВт), которая одновременно с выключателем отключает АГП.

Для нашего синхронного двигателя с Pном.дв. = 2000 кВт выберем ток срабатывания отсечки равный:

I с.з.отс. = кн · kп.дв. · I ном.дв. = 1,4 · 6,5 · 192 =1747,2 (А)

где kп.дв. = 6,5 — кратность пуска электродвигателя;

kн = 1,4 — коэффициент надежности для реле типа РТ 40;

Тогда ток срабатывания реле будет равен:

Iс.р. = (А)

kсх — коэффициент схемы (в нашем случае реле включается по двухрелейной схеме неполная звезда kсх = 1);

nт = 250/5 — коэффициент трансформации трансформатора тока;

Выбираем защиту по однорелейной схеме с параллельным соединением катушек реле типа РТ-40/50 с током срабатывания равным 40 А (предел уставок 25−50 А).

Проверим коэффициент чувствительности:

кч 1,5

Защита от перегрузок осуществляется при помощи токового реле, включенного в одну фазу. Поскольку предусматриваем наличие постоянного дежурного персонала, то защиту выполняем с действием на сигнал с Iс.з. = 1,25Iн = 240 (А) и выдержкой времени, превышающей по возможности время затухания пусковых токов. Отключающий комплекс настраиваем на Iс.з. = 1,75Iн =336 (А).

Защита от понижения напряжения является вспомогательной и в нашем случае устанавливается как на электродвигателях ответственных механизмов, произвольный самозапуск которых недопустим по условиям технологии производства или техники безопасности. Для этой защиты применим схему с двумя комплектами реле напряжения, включенными на разные линейные напряжения, и реле времени. Для экономии аппаратуры защиты выполним её в виде групповой защиты. Напряжение срабатывания защиты выберем по условию:

Uс.з. = 0,7Uн = 4200 (В) с выдержкой времени защиты t = 7 с, чтобы отключение электродвигателей происходило только при длительной посадке напряжения или его исчезновения.

Защита от замыканий на землю: ток срабатывания защит электродвигателей от замыканий на землю должен быть не более 10 А (для электродвигателей мощностью до 2 МВт) с действием на отключение без выдержки времени.

Устанавливаем ток срабатывания Iс.р. = 9А

Защита от асинхронного режима работы выполняется реагирующей на колебания тока в статоре или роторе электродвигателя, возникающие в этом режиме. В нашем случае применим простую токовую защиту при помощи зависимого токового реле типа РТ-81, некоторым недостатком которого является небольшая зависимость между током и временем срабатывания и периодом тока качания. Выберем ток срабатывания защиты и реле:

I с.з. = (1,3 ч 1,4)I ном.дв. = 1,4 · 192 = 268,8 (А)

Iс.р.

kсх — коэффициент схемы (в данном случае реле включается по двухрелейной схеме неполная звезда kсх = 1);

nт = 50 — коэффициент трансформации трансформатора тока;

Выбираем реле РТ-81 с током срабатывания Iср. = 6 (А) и соответственно ток срабатывания защиты равен Iс.з. = 280 (А), выдержку времени защиты выбираем больше времени затухания пусковых токов электродвигателя.

3.3 Защита 2 — расчет уставок защит, установленных на АВР

Максимальный ток, проходящий через секционный выключатель:

Iр.макс (А)

где Sр — суммарная полная мощность одной из двух секций 6кВ (для расчета выбираем II секцию), кВ· А;

Sр (кВ· А)

Определим ток самозапуска:

Iсзп (А) где Хэ — эквивалентное сопротивление, Ом, Хэ = Хс.пр.6,3 + Хвл пр. 6,3 + Хтр1 пр. 6,3 + Х? нагр.

= 0,04 + 0,07 + 0,473 + 1,39 = 1,97 (Ом) Х? нагр. (Ом) где Iп. — суммарный пусковой ток II секции 6 кВ;

Iп. = кп · Iн. р. + 2 · кп сд · Iн. сд = 2,74 · 43,86 + 2 · 6,5 · 192 = 2616,17 (А) Коэффициент самозапуска:

ксзп

Ток срабатывания селективной максимальной защиты:

Iс.з.? (А) где кн =1,1 — коэффициент надежности срабатывания реле РСТ-13;

кв = 0,9 — коэффициент возврата реле РСТ-13.

По согласовании чувствительности с защитами на стороне 6 кВ (трансформатора 6/0,4):

I с.з.? k н.с. · (I с.з.пред.макс. + УI р.) ;

где k н.с. = 1,3 — коэффициент надежности согласования реле РСТ-13 с РТ-95;

I с.з.пред.макс. — наибольший ток срабатывания предыдущей защиты, А;

УIр.— геометрическая сумма максимальных рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование, в нашем случае это будет I 2сд =362,6 — 43,86 = 318,74 (А);

I с.з.? 1,3 · (350 + 318,74) = 869,36 (А) Принимаем ток срабатывания защиты равным Iс.з. = 2261 (А). Тогда ток срабатывания реле:

Iс.р. (А) где nт = 600/5 — коэффициент трансформации трансформатора тока;

ксх = 1 — коэффициент схемы неполной звезды;

Принимаем ток срабатывания реле РСТ-13−29 Iс.р.= 19 (А), тогда Iс. з (А) Дальнейшие расчеты приведены в таблице 2.

к ч > 1,5

Токовую отсечку выполняем на реле РТМ. Тогда ток срабатывания отсечки:

Iс.о.? кн · I (3) к.макс. = 1,4 · 5483=7676,2 (А) где кн = 1, 4 — коэффициент надежности для реле РСТ-13,

I (3) к.макс. — максимальный ток КЗ на стороне 6 кВ.

Находим чувствительность токовой отсечки:

к ч 1,5

Как видно чувствительность токовой отсечки меньше допустимой величины. И поэтому для создания условия селективности отсечку выполняем с небольшой задержкой времени на ступень селективности больше, чем время срабатывания быстродействующих защит предыдущих элементов, т. е. с tс.о. = 0,40,8 с (л.6, стр.29).

Тогда принимаем Iс.о. = 2500 (А) и к ч > 1,5

Следовательно, время срабатывания токовой отсечки защиты 2 будет равно:

tсо. = tсо.пред. + ?t = 0 +0,3 =0,3 с Результаты расчета защиты на реле РТМ тоже приведены в таблице 2.

Принимаем время срабатывания МТЗ:

tср = tср.пред. + ?t = 0,5 +0,5 =1,0 с где tср.пред. — время срабатывания предыдущей защиты, с;

?t = 0,5 с — ступень селективности.

Выбор уставки реле напряжения в блоке АВР.

Минимальное рабочее напряжение

где эквивалентное сопротивление нагрузки, ток самозапуска.

(В) Напряжение срабатывания реле

где

коэффициент трансформации трансформатора напряжения (6000/100),

коэффициент надежности реле РН-54

коэффициент возврата реле РН-54

(В) 48 (В) Частота срабатывания частотного пускового органа АВР принимается в пределах 46−48Гц.

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТЛМ-10 с nт= 600/5

1) Проверка на 10% погрешность производится при токе срабатывания отсечки (2500 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 1,75 (Ом) (л.6,стр.287)

Фактическое сопротивление нагрузки:

Zн.расч. = 2 rпр. + zртм + zрт + rпер. ,

где rпр. — сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 7 м и сечении 4 мм², zртм — сопротивление реле РТМ, zрт — сопротивление реле РСТ-13, rпер. — сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр. (Ом) zртм = (Ом)

zрт= (Ом)

Zн.расч. = 2 · 0,03 + 0,16 + 0,003 + 0,1 = 0,323 (Ом) <2,64 (Ом), что соответствует погрешности е < 10% .

2) Проверяем надежность работы контактов токовых реле.

кмакс. =

При Zн.расч. = 0,323 (Ом) значение к10 доп = 21. Коэффициент, А = ,

По характеристике f=10, но допустимое значение f для реле РТ-40 не регламентируются.

3) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 8,93 · 5 · 0,323 = 20,04 (В) < 1400 (В)

Таблица 2

3.4 Защита 3 — максимальная токовая защита отходящих линии

Выбираем ток срабатывания селективной максимальной защиты с зависимой время-токовой характеристикой с реле РТВ, у которого кн = 1,2, кв = 0,7 :

Iс.з. = (А)

где Iр.мин. = 362,6— расчетный ток нагрузки одной секции

По условию согласования с защитой секционного выключателя:

I с.з.? k н.с. · (I с.з.пред.макс. + УI р.) ;

где k н.с. = 1,4 — коэффициент надежности согласования реле РТВ с РСТ-13;

I с.з.пред.макс. — наибольший ток срабатывания предыдущей защиты, А;

УI р.— геометрическая сумма максимальных рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование, в нашем случае это будет I р. мин = 362,6 (А);

I с.з.? 1,4 · (2280 + 362,6) = 3699,64 (А)

По условию срабатывания АВР:

I с.з.? 1,2. · (кп · I р. + I р.) = 1,2 · (5,1 · 362,6 + 362,6) = 2654,2

Принимаем Iс.з. = 3700 (А) и результаты расчета сводим в таблицу 3.

В случае срабатывания АВР при помощи использования схемных решений принимаем, что защита 3 срабатывает на отключение раньше, чем включится секционный выключатель резервного питания. Для этого применяем делительную защиту ДЗН, выполненной в виде защиты минимального напряжения.

Для создания условия селективности отсечку выполняем с небольшой задержкой времени на ступень селективности больше (л.6, стр.29), чем время срабатывания быстродействующих защит предыдущих элементов, т. е. с tс.о. = 0,3 с.

Тогда принимаем Iс.о. = 3000 (А) и к ч > 1,5

Время срабатывания токовой отсечки защиты 3 будет равно:

tсо. = tсо.пред. + ?t = 0,3+0,3 =0,6 © Все расчеты сводим в таблицу 3.

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТЛМ-10 с nт= 800/5

1) Проверка на 10% погрешность производится при токе срабатывания отсечки (4320 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 2,8 (Ом) (л.6,стр.287)

Фактическое сопротивление нагрузки в режиме до дешунтирования ЭО при схеме соединения обмоток трансформатора в неполную звезду :

Zн.расч. = 2 rпр. + zртм + zрт + rпер. ,

где rпр. — сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 7 м и сечении 4 мм², zртм — сопротивление реле РТМ, zрт — сопротивление реле РТВ, rпер. — сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр. (Ом) zртм = (Ом)

zрт= (Ом)

Zн.расч. = 2 · 0,03 + 0,166 + 0,137 + 0,1 = 0,463 (Ом) < 3,5 (Ом), что соответствует погрешности е < 10% .

После дешунтирования ЭО значение Zн.расч. возрастает на ZЭО = (Ом), таким образом Zн.расч. = 0,463 + 2,3 = 2,763 (Ом) и погрешность трансформатора тока в режиме после дешунтирования ЭО не превышает 10%.

2) Проверяем надежность работы контактов токовых реле.

кмакс. =

При Zн.расч. = 0,463 (Ом) значение к10 доп = 21. Коэффициент, А = ,

По характеристике f=10, но допустимое значение f для реле РТВ не регламентируются.

3) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 6,67 · 5 · 2,763 = 130,3 (В) < 1400 (В) Таблица 3

3.5 Дифференциальная защита силового трансформатора 6300−37/6,3

Для защиты трансформаторов от КЗ между фазами, на землю и от замыканий витков одной фазы широкое распространение получила дифференциальная защита. Она является основной быстродействующей защитой трансформаторов с обмоткой ВН 3 кВ и выше, согласно нормативным документам она должна предусматриваться на трансформаторах мощностью 6,3 МВ· А, на трансформаторах 4 МВ· А при их параллельной работе и на трансформаторах меньшей мощности (но не менее 1 МВ· А), если токовая защита не удовлетворяет требования чувствительности, а МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с.

Рассчитаем дифференциальную защиту на базе реле типа РНТ-565 без торможения силового трансформатора 6300−37/6,3; Uк = 7,5%.

Определим средние значения первичных и вторичных номинальных токов для всех сторон защищаемого трансформатора:

Iн=Sтр / Uср;

Результаты расчетов токов КЗ:

I (3)к.мин.ВН = 912 (А) I (3)к.макс.ВН = 933 (А)

I (3)к.мин.НН = 5359 (А) I (3)к.макс.НН = 5483 (А)

1. Определим первичный ток небаланса:

Iнб=Iнб'+Iнб''+Iнб'''

где Iнб? — составляющая, обусловленная разностью намагничивающих токов трансформаторов тока в плечах защиты;

Iнб? — составляющая, обусловленная регулировкой коэффициента трансформации защищаемого трансформатора с РПН (наш трансформатор без РПН);

Iнб? — составляющая, обусловленная невозможностью точной установки на коммутаторе реле РНТ и ДЗТ расчетных чисел витков (дробных) уравнительных обмоток.

Iнб' = kапер · kодн · · Ik max

где kапер — коэффициент, учитывающий переходной режим, для реле с насыщающимся трансформатором тока будет равным 1;

kодн — коэффициент однотипности, kодн = 1,0;

— относительное значение тока намагничивания, = 0,1;

Ik max — максимальный ток КЗ на ВН;

Iнб = 1 · 0,1 · 933= 93,3 (А).

2. Определим предварительный ток срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

Iс.з.? кн · Iнб = 1,3 · 93,3= 121,3 (А) где кн — коэффициент надежности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, для реле РНТ он равен 1,3;

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания:

Iс.з.? кн · Iн. тр = 1,3 · 98,31 = 127,8 (А) где кн — коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания, для реле серии РНТ равен 1,3;

Iн.тр — номинальный ток трансформатора на ВН;

Берем ток срабатывания защиты Iс.з. = 121,3 (А).

3.Производим предварительную проверку чувствительности защиты при повреждениях в зоне её действия:

3.1. при двухфазном КЗ за трансформатором.

Расчетный ток в реле дифференциальной защиты для схемы треугольника с тремя реле равен:

Iр.мин = 1,5· Iк.мин.ВН/nт = 1,5· 912/30 = 45,6 (А) Ток срабатывания реле (предварительный) равен:

Iс.р. = Iс.з. · ксх/nт = 121,3· 1,73/30 = 7 (А) Предварительное значение коэффициента чувствительности равно:

кч = Iр. мин /Iс.р. = 45,6/7 = 6,5 > 2

4. Определим число витков обмоток реле РНТ (методика расчета из л.6 стр.198):

5. Окончательно коэффициент чувствительности равен:

кч = Iр. мин /Iс.р. = 45,6/10 = 4,56 > 2 что нас вполне удовлетворяет.

6. Расчетная проверка трансформаторов тока на стороне 35 кВ типа ТВТ 35-I

6.1. на 10% погрешность.

Находим значение предельной кратности:

к10 = I1расч./I1ном.ТТ где I1расч. — первичный расчетный ток, для дифференциальных защит принимается равным наибольшему значению тока при внешнем (сквозном) КЗ, А;

I1ном.ТТ — первичный номинальный ток трансформатора тока.

к10 = 933/150 = 6,22

По кривой предельной кратности для ТВТ 35-I при 150/5 находим допустимое значение сопротивления нагрузки Zн на трансформатор тока.

Zн = 0,35 (Ом) Для двух последовательно включенных одинаковых вторичных обмоток трансформаторов тока Zн = 0,7 (Ом) Фактическая расчетная вторичная нагрузка для принятой схемы:

Zн.расч. = 3 rпр. +3 zр + rпер где rпр. — сопротивление соединительных проводов, при длине 15 м и сечении 4 мм² сопротивление медных проводов:

rпр = L/г· S = 15/ 57· 4 = 0,07 (Ом);

zр — полное сопротивление реле, для РНТ-565 равно 0,1 Ом (л.5, стр.200);

rпер — переходное сопротивление контактов, берем? 0,1 Ом;

Zн.расч = 3 · 0,07 + 3 · 0,1 + 0,1 = 0,61 (Ом)

Zн.расч. < Zн

6.2.проверка надежной работы контактов По значению Iк. макс = 933 (А) определяем кмакс.=Iк.макс./I1ном.ТТ = 933/150 = 6,22

Тогда значение обобщенного коэффициента А:

А = кмакс./к10 =6,22/1,3 = 4,78

По (л.6, стр.36) определим f = 67%. Значения допустимых погрешностей для реле типа РНТ-565 не регламентируются.

6.3. проверка по напряжению на выводах вторичной обмотки трансформатора тока:

U2макс = 1,41 · кмакс. · I2ном · Zн.расч. < 1400 (В)

U2макс. = 1,41 · 6,22 · 5 · 0,61 = 26,75 (В) < 1400 (В)

3.6 Защита 4 — защита в начале линии 35 кВ

Принимаем к установке защиту с независимой время — токовой характеристикой на базе реле РСТ-13

Определим ток срабатывания защиты на стороне 35 кВ:

где кн = 1,1 — коэффициент надежности (РСТ-13);

кв = 0,9 — коэффициент возврата (РСТ-13);

Iр.макс. = Iавар., (А) — максимальный возможный ток в линии, при срабатывании АВР равен сумме рабочих токов двух секций;

А;

По условию согласования с предыдущими защитами :

I с.з.? k н.с. · (I с.з.пред.макс. + УI р.) ;

где k н.с. = 1,4 — коэффициент надежности согласования реле РСТ-13 с РТВ;

I с.з.пред.макс. — наибольший ток срабатывания предыдущей защиты, А;

УI р.— геометрическая сумма максимальных рабочих токов всех предыдущих элементов, за исключением тех, с защитами которых производится согласование;

I с.з.? 1,4 · 3200· = 762,8 (А) Принимаем к расчету наибольшее значение токов срабатывания МТЗ.

Токовую отсечку выполняем на реле РТМ. Тогда ток срабатывания отсечки на стороне 35 кВ с учетом защиты всей линии:

Iс.о.? кн · I (3) к.мин. = 1,4 · 5359· = 1277,4 (А) Принимаем к расчету Iс.о. = 1300 (А) и все расчеты сводим в таблицу 4.

Как видно из расчетов защита установленная в начале линии защищает всю линию, и поэтому необходимость установки защиты в конце линии перед силовым трансформатором отпадает.

Принимаем время срабатывания МТЗ tс.з. = 1,2 с.

Проведем расчетную проверку трансформаторов тока типа ТВТ-35-I с nт= 250/5

1) Проверка на 10% погрешность производится при токе срабатывания отсечки (250 А):

к10 ,

чему соответствует сопротивление Zн.доп. = 7 (Ом) (л.6,стр.288)

Фактическое сопротивление нагрузки:

Zн.расч. = 2 rпр. + zртм + zрт + rпер. ,

где rпр. — сопротивление соединительных проводов (Cu) при длине 7 м и сечении 4 мм², zртм — сопротивление реле РТМ, zрт — сопротивление реле РСТ-13−24, rпер. — сопротивление переходное контактов, принимаем равным 0,1 (Ом)

rпр. (Ом) zртм = (Ом)

zрт= (Ом)

Zн.расч. = 2 · 0,03 + 0,42 + 0,006 + 0,1 = 0,586 (Ом) < 3,8 (Ом), что соответствует погрешности е < 10% .

2) Проверяем надежность работы контактов токовых реле.

кмакс. =

При Zн.расч. = 0,586 (Ом) значение к10 доп = 21. Коэффициент, А =

По характеристике f=10.

3) Проверяем максимальное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока после дешунтирования ЭО:

U2 макс.· 3,73 · 5 · 0,586 = 15,46 (В) < 1400 (В) Таблица 4

4. Построение карты селективности

На карте селективности строятся характеристики всех защит начиная с наименьшего тока срабатывания, приведенные к одному напряжению (в нашем случае к 6 кВ). Они строятся по типовым характеристикам. Расчетные точки построения характеристик сведены в таблицу.

где к — кратность тока %

1) Защита 1: реле РТ-95, nт =250/5, Iс.р. = 7 (А), ксх. =1.

2) Защита 2: реле РСТ-13−29, nт=600/5, Iс.р. = 19 (А), ксх = 1, Iс.з. = 2280 (А), Iс.о. = 2500 (А).

3) Защита 3: реле РТВ-III, nт = 800/5, Iс.р. = 20 (А), ксх = 1, Iс.о. = 4200

4) Защита 4: реле РСТ-13−24, nт=250/5, Iс.р. = 3 (А), ксх = 1, Iс.з. = 800 (А), Iс.о. = 1300 (А).

5. Выбор времени срабатывания МТЗ

По условию селективности время срабатывания последующей защиты по отношению к предыдущей определяется по формуле:

tс.з.посл. = tс.з.пред. +? t:

? t — ступень селективности (для защит с зависимой характеристикой (РСТ-13) выбирается равным 0,5с);

Защита 1: tс.з.1=0,5 с Защита 2: tс.з.2 = tс.з.1 +? t = 0,5+0,5=1,0 с;

Защита 3: tс.з.3 = tс.з.2 +? t = 1,0 + 0,5 = 1,5 с;

Защита 4: tс.з.4=2,0 с

6. Проверка допустимости выбранного времени срабатывания защиты по условию термической стойкости воздушной линии

Минимальное сечение ВЛ по условию термической стойкости:

Sмин ,

где B — импульс квадратичного тока;

С — постоянный коэффициент, который зависит от материала проводов, начальной и конечной температуры эксплуатационного режима, СAl = 91;

tотк. = tс.з. + tо.в. — время отключения равное сумме времени срабатывания защиты и отключения выключателя.

tотк. = tс.з. + tо. в = 1,2 + 0,1 = 1,3 © При расчете берется значение тока КЗ в начале линии Iк = 11 365 (А), т.к. оно больше значения тока КЗ в конце линии, которое рассчитывают с учетом сопротивления самой ВЛ.

Но ток срабатывания отсечки защиты 4 (Iс.о. = 1300 А) меньше токов КЗ в начале и в конце линии. Следовательно, минимальное сечение ВЛ по условию термической стойкости по токам КЗ линии можно не рассчитывать. Проверим минимальное сечение ВЛ по условию термической стойкости по токам КЗ за трансформатором в случае не срабатывания защиты 3:

Sмин мм2

Как видно предварительно выбранное сечение проводов ВЛ (25 мм2) удовлетворяет условию термической стойкости.

В случае не срабатывания выключателя в начале линии и при согласовании этой защиты с дальнейшей защитой системы придется выбирать сечение линии из условия:

Sмин мм2

7. Оценка эффективности и надежности срабатывания реле в защитах

Рассмотрим работу схемы электроснабжения нашего предприятия с учетом оценки эффективности и надежности срабатывания защит. Для удобства анализа все токи приведены к напряжению 6 кВ.

Например, при наличии КЗ в точке К4 за автоматом, когда он не срабатывает, с током Iк. = 572,06 (А) срабатывает защита 1 с Iс.з. = 350 (А) через время tс.з. = 0,5 ©. Также эта защита (токовая отсечка, Iс.о. = 1000 А) срабатывает при КЗ на выводах ВН трансформатора с Iк = 5359 (А).

При наличии КЗ на сборных шинах 6 кВ (рассматриваем самый тяжелый случай, когда сработал АВР и на момент КЗ обе секции запитаны от одного трансформатора) подключенной при помощи АВР секции первым срабатывает защита 2 (токовая отсечка, Iс.о. = 2500 А) секционного выключателя через время tс.о. = 0,4 ©, а при его отказе защита 3 (токовая отсечка, Iс.о. = 3200 А).

При наличии КЗ на линии Л1 (в конце линии Iк =2350 А, в начале линии Iк = 11 365 А) сработает защита 4 (токовая отсечка, Iс.о. = 1300 А), а при не срабатывании предыдущих защит на ток КЗ точки К 3 Iк = 5359 (А) сработает МТЗ защиты 4 (Iс.з. = 350 А) через время tс.з. = 1,2 ©.

Рассмотрим случай КЗ на линии Л 2. Тогда после отключения выключателя в начале линии токовой отсечкой защиты 4 сработает на отключение выключателя защиты 3 делительная защита минимального напряжения ДЗН с целью предотвращения включения АВР на неустранившееся КЗ в линии Л 2, и только после отключения выключателя защиты 3 включится секционный выключатель резервного питания. В целях ускорения действия АВР не ждем успешного срабатывания АПВ питающей (рабочей) линии. В случае самоустранившегося КЗ включение рабочего выключателя защиты 3 линии Л 2 после восстановления напряжения АПВ линии производится с выдержкой времени, равной 15 с для того чтобы убедится в полной исправности рабочего источника. Еще через 4 с отключается секционный выключатель и через 19 с восстанавливается нормальная схема подстанции.

8. Расчет основных параметров системы автоматики (АПВ, АВР)

В соответствии с «ПУЭ» устройствами автоматического повторного включения (АПВ) должны оборудоваться воздушные и смешанные (кабельно-воздушные) линии, сборные шины, понижающие трансформаторы и др.

Время срабатывания однократного АПВ определим по следующим условиям:

t1АПВ tг.п. + tзап = 0,34 + 0,5 = 0,84 ©.,

где tг.п. = 0,34 (с) — время готовности привода;

t зап. = 0,5 (с) — время запаса;

t2АПВ tДЗН + tзап. = 0,7 + 0,5 = 1,3

где tДЗН 0,7 (с) — максимальное время действия делительной защиты.

Как видно выдержка времени получилась небольшая и для наиболее вероятного самоустранения причин, вызвавших неустойчивое КЗ (падение деревьев, набросы веток и других предметов, приближение к проводам передвижных механизмов), а также для деионизации среды в месте КЗ принимаем время срабатывания однократного АПВ равным 3 ©. «ПУЭ» допускают увеличение выдержки времени с целью повышения эффективности действия этих устройств.

1. Барыбин Ю. Г., Федоров Л. Е ''Справочник по проектированию электроснабжения'', Москва ''Энергоатомиздат'' 1990 г.

3. Федосеев А. М. ''Релейная защита электрических систем'', Москва ''Энергия'' 1976 г.

4."Справочник по электроснабжению и электрооборудованию", под общей редакцией Федорова А. А., Москва: «Энергоатомиздат» 1986.

5. Чернобровов Н. В. ''Релейная защита'', Москва ''Энергия'' 1967 г.

6. Шабад М. А. ''Расчет релейной защиты и автоматики распределительных сетей'', Ленинград ''Энергоатомиздат'' 1985 г.

7. Шабад М. А. «Защита трансформаторов распределительных сетей», Москва ''Энергия'' 1989 г.

8. Шабад М. А. «Максимальная токовая защита», Ленинград ''Энергоатомиздат'' 1991г

9. Шабад М. А. «Релейная защита и автоматика на электроподстанциях, питающих синхронные двигатели», Ленинград ''Энергоатомиздат'' 1984г