Задание на курсовуюработу
Схема распределительнойсети электрической энергии промышленного предприятия и виды его нагрузкипредставлена на рисунке 1.
Необходимо выбрать типызащит всех элементов приведенной схемы в соответствии с ПУЭ. Выбранные защиты вусловном изображении нанести на схему. Произвести расчет величин токовкороткого замыкания. Произвести расчет защит следующих объектов: силовоготрансформатора Т1 (выключатель Q16), воздушныхлиний Л1 и Л2 (выключатели Q1 и Q5), кабельной линии Л5 (выключатель Q21), сборных шин (секционныйвыключатель Q27), трансформатора Т5 (выключатель Q34), двигателя Д (выключатель Q29).
Также необходимоизобразить схему релейной защиты трансформатора Т1 и двигателя Д; выбрать типтрансформатора тока 29 и определить сечение провода в его вторичных цепях (медныйкабель длиной 10 м).
Исходные данные приведеныв таблицах 1– 6.
Таблица 1 – Система исеть А-Б-В
Мощность КЗ систем,
МВА
/>,
кВ
Длина,
км
Переда-
ваемая
мощ-
ность,
МВА
Мощ-
ность,
забира-
емая
ГПП,
МВА
Кол-во
отходя-
щих
тран-
зитных
линий
Мощ-
ность
Т1, Т2,
МВА
Кол-во
и мощ-
ность
Т3,
МВА Система 1 Система 2 режимы режимы макс мин макс мин Л1,2 Л3,4 А-В Б-В 1500 1200 1900 1600 220 70 85 95 85 34 4 2×25 6×1,6
Таблица 2 –Характеристики трансформаторовТ1, Т2 Т3 Тип
Мощность
S, МВА
/>, %
Пределы
регули-
рования, % Тип
Мощность
S, МВА
/>, % ТРДН-25000/220 25 12 12 ТМ-1600/10 1,6 5,5
Таблица 3 – Выдержкивремени защит отходящих линий от шин подстанции Г, их параметрыВыдержки времени защит на Q, с Л5 Л6 9 10 11 12 13 14 22 24 Длина, км Кол-во КЛ Материал
Сечение, мм2
/> Длина, км Кол-во КЛ Материал
Сечение, мм2
/> 2,5 2,0 1,5 2,2 1,2 1,3 1,0 0,9 2,5 2 А 185 3,7 1,3 2 М 240 1,6
Таблица 4 – Нагрузки нашинах РП1 и РП2Двигатели 10 кВ (асинхронные типа АТД) БК ДСП Кол-во
Мощность Рном, кВт
Коэффициент пуска kп Q, квар Кол-во
Sном, МВА 3 1250 5,2 3500 1 25,0
Таблица 5 – Электродвигательс номинальным напряжением Uн = 380 ВТип
/>, кВт
/> h, %
/>
Длина
кабеля
Л7, м 4 А112 МА 8У3 2,2 0,71 76,5 5 10
Таблица 6 – Параметрыпреобразовательного агрегатаТип Назначение
Выпр. напр.
/>, В
Выпр. ток
/>, А
Напряжение
питания, кВ
Схема
выпрямления ТВД Питание электролиза получения водорода 200 1250 10
Трехфазная
мостовая
Защиты выполняются на постоянномоперативном токе./>/>Рисунок1 – Схема распределительной сети
Нарисунке обозначено: ПГТВ– защита от перегруза токами высших гармоник; АР – защита от асинхронногорежима; /> – температурные указатели,указатели циркуляции масла и воды в системе охлаждения с действием на сигнал.
1 Расчет токов короткого замыкания
Величина токов короткогозамыкания для ряда защит (дифференциальных, токовых отсечек и т.д.) влияет назначение тока срабатывания. Кроме того, они необходимы для вычислениякоэффициентов чувствительности выбранных защит.
Значения токов короткогозамыкания определяются в разных точках сети (А, Б, В, Г, Д, Е) в максимальном иминимальном режимах работы системы. Для максимального режима достаточно иметьтоки трехфазного короткого замыкания, для минимального — токи двухфазногокороткого замыкания.
Расчет проводим вотносительных единицах. Базисная мощность /> МВА.Принимаем среднее значение напряжения сети: /> кВи /> кВ./>1.1 Расчет сопротивлений элементов схемы
Удельное реактивноесопротивление воздушных линий Л1, Л2, Л3 и Л4 принимаем средне-типовым /> Ом/км, активнымсопротивлением пренебрегаем.
Сопротивление воздушныхлиний Л1 и Л2 определим по формуле (1.1):
/>, (1.1)
здесь /> – длина линии Л1, км.
/>.
Сопротивление воздушныхлиний Л3 и Л4 определим по формуле (1.2):
/>, (1.2)
здесь /> – длина линии Л3, км.
/>.
Кабели марки А-185 и М-240имеют следующие удельные параметры: удельное индуктивное сопротивление /> Ом/км; /> Ом/км, удельное активноесопротивление /> Ом/км; /> Ом/км.
Индуктивное сопротивлениекабельной линии Л5:
/>, (1.3)
здесь /> – длина линии Л5, км;
/>.
Активное сопротивлениекабельной линии Л5:
/>, (1.4)
/>.
Индуктивное сопротивлениекабельной линии Л6:
/>, (1.5)
здесь /> – длина линии Л6, км;
/>.
Активное сопротивлениекабельной линии Л6:
/>, (1.6)
/>.
Сопротивлениятрансформаторов Т1 и Т2:
/>, (1.7)
здесь /> – номинальная мощностьтрансформатора Т1, ВА.
/>.
Сопротивлениетрансформатора Т3:
/>, (1.8)
здесь /> – номинальная мощностьтрансформатора Т3, ВА.
/>./> 1.2 Расчет величин токов КЗ
Расчёт токов короткогозамыкания приведён в таблицах 7 – 9.
Таблица 7 – Максимальныйрежим, секционный выключатель Q15 включен,Q20 и Q27 отключены
Точка КЗ
на шинах
п/ст
Искомые
величины Питание со стороны Система G1 Система G2 А
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА 1500
/>
/>, кА
/>
/> Б
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
/> 1900
/>, кА
/>
/>
В
Ic,
IIс
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Питание одновременно от систем G1 и G2
В
Ic,
IIс
/>, МВА
/>
/>, о.е.
/>
/>, кА
/>
Г
Ic,
IIс
/>, о.е.
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
Д
Ic
/>, о.е.
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
Д
IIc
/>, о.е.
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/> Е
/>, о.е.
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
Таблица 8 – Минимальныйрежим, секционные выключатели Q15, Q20 и Q27 отключены, линии Л2 и Л4 отключены
Точка КЗ
на шинах
п/ст
Искомые
величины Питание со стороны Система G1 Система G2 А
/>, о.е.
/>
—
/>, МВА 1200
/>, кА
/> Б
/>, о.е. —
/>
/>, МВА 1600
/>, кА
/> В
/>, о.е.
IIс
/>
Iс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Г
/>, о.е.
IIс
/>
Iс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Д
/>, о.е.
IIс
/>
Iс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Е
/>, о.е. —
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/> /> /> /> /> />
Таблица 9 – Минимальныйрежим, секционный выключатель Q15включен, линия Л4 отключена
Точка КЗ
на шинах
п/ст
Искомые
величины Питание со стороны Система G1 Система G2 А
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА 1200
/>
/>, кА
/>
/> В
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/>
/>
2 Расчёт защитывысоковольтного двигателя Д
Для защиты асинхронныхэлектродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются следующие защиты:
1) токовая отсечка;
2) защита от однофазныхзамыканий на землю (ОЗЗ);
3) защита от перегруза —МТЗ с выдержкой времени;
4) защита минимальногонапряжения.
2.1 Токовая отсечка
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13.
2) Для выборатрансформатора тока определим номинальный ток двигателя:
/>, (2.1)
где /> – номинальная мощностьдвигателя, Вт (см. таблицу 4);
/> – номинальное напряжение двигателя,В (см. таблицу 4);
/> – номинальный коэффициент мощностидвигателя.
/> А.
К установке принимаемтрансформатор тока ТЛК10-100-0,5/10Р: /> А,/> А. Коэффициенттрансформации трансформатора тока:
/>.
Схема включениятрансформаторов тока и реле — неполная звезда, коэффициент схемы />.
3) Определим токсрабатывания защиты, который отстраивается от пускового тока двигателя:
/>, (2.2)
где /> — коэффициент отстройки.
Найдем пусковой ток последующему выражению:
/>, (2.3)
где /> – коэффициент пускадвигателя.
/> А.
Тогда по выражению (2.2)ток срабатывания защиты
/> А.
4) Коэффициентчувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальномрежиме на шинах, к которым подключен двигатель:
/>. (2.4)
Так как коэффициентчувствительности превышает нормируемое значение, то защита удовлетворяеттребованию чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (2.5)
Принимаем к установкереле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.6)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
2.2 Защита от однофазныхзамыканий на землю
Защита электродвигателеймощностью менее 2 МВт от однофазных замыканий на землю должна предусматриватьсяпри токах замыкания на землю 5 А и более. Ток замыкания на землю складываетсяиз емкостного тока двигателя и емкостного тока кабельной линии.
1) Найдем емкость фазыэлектродвигателя:
/>, (2.7)
здесь /> – номинальная мощностьдвигателя, МВт;
/>– номинальное линейное напряжение, кВ.
/> Ф.
Тогда емкостный токдвигателя:
/>, (2.8)
здесь /> Гц – частота сети;
/> – номинальное фазное напряжениедвигателя, В.
/> А.
2) Определим ёмкостныйток кабельной линии. Номинальный ток двигателя /> А.Исходя из этого выбираем кабель марки М-25 с допустимым током 120 А. Длинукабельной линии примем /> м.
Емкостный ток кабельнойлинии:
/>, (2.9)
где /> А/км – удельный емкостныйток выбранного кабеля.
/> А.
3) Суммарный токзамыкания на землю
/> А
следовательно, защита отоднофазных замыканий на землю не устанавливается.
2.3 Защита отперегруза — МТЗ с выдержкой времени
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Перегруз являетсясимметричным режимом, поэтому защита выполняется одним реле, включенным в однуиз фаз. Используем те же трансформаторы тока, что и для токовой защиты(коэффициент трансформации />,коэффициент схемы />).
3) Ток срабатываниязащиты определяется из условия отстройки от номинального тока двигателя:
/>, (2.10)
где /> – коэффициент отстройки.
/> А.
4) Коэффициент чувствительностине определяется.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (2.11)
Принимаем к установкереле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.12)
Принимаем уставку />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Выдержка временизащиты отстраивается от времени пуска электродвигателя и равна /> с. Используем реле времениРВ-01.
2.4 Защитаминимального напряжения
Защита выполняетсядвухступенчатой. Первая ступень отключает неответственную нагрузку.
1) Для выполнения защитыбудем использовать реле типа РСН 16, которое имеет коэффициент возврата />.
2) Выбираем трансформаторнапряжения типа ЗНОЛ.06-10: /> В, /> В.
Коэффициент трансформациитрансформатора напряжения:
/>.
3) Напряжениесрабатывания первой ступени отстраивается от минимального рабочего напряжения,которое составляет 70 % от номинального: />:
/> В, (2.13)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициентчувствительности не рассчитывается, так как неизвестно минимальное остаточноенапряжение на шинах при металлическом коротком замыкании в конце зоны защищаемогообъекта.
5) Напряжениесрабатывания реле первой ступени
/> В.
Принимаем к установкереле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.14)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставкиреле I ступени:
/> В.
6) Выдержка временипринимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующейзащиты от многофазных коротких замыканий. Примем /> с.Реле времени РВ-01.
Вторая ступень защитыотключает сам двигатель.
1) Вторую ступень защитытакже выполним на реле РСН 16, коэффициент возврата />.
2) Реле включается вовторичные цепи того же трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.
3) Напряжениесрабатывания второй ступени:
/> В, (2.15)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициентчувствительности не определяем.
5) Напряжениесрабатывания реле первой ступени
/> В.
Принимаем к установкереле РСН 16-23, у которого напряжение срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.16)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставкиреле I ступени:
/> В.
6) Время срабатываниявторой ступени защиты принимаем /> с, таккак по технологии недопустим самозапуск двигателя от напряжения />. Используем реле времениРВ-01.
3 Расчет защиты трансформатора Т5
Полупроводниковыйпреобразователь подключается к питающей сети переменного тока черезтрансформатор Т5, образуя преобразовательный агрегат. Повреждения иненормальные режимы возможны как в трансформаторе, так и в полупроводниковомпреобразователе, поэтому необходима установка защит как со стороны питания, таки в цепи нагрузки преобразователя.
Основными защитамитрансформатора преобразовательного агрегата являются:
1) МТЗ без выдержкивремени от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводахтрансформатора;
2) газовая защита отвнутренних повреждений и понижения уровня масла;
3) токовая защита отперегруза.
Определим номинальнуюмощность трансформатора:
/> кВА, (3.1)
где /> – выпрямленное напряжение,В;
/> – выпрямленный ток, А;
/> – КПД питающего трансформатора.
Поскольку номинальнаямощность трансформатора меньше 400 кВА, то газовая защита не устанавливается.
3.1 МТЗ без выдержкивремени
1) Защитавыполняется с помощью токового реле РСТ 13.
2) Максимальныйрабочий ток трансформатора, равный номинальному току:
/> А. (3.2)
Выбираем трансформатортока ТПЛК-10-30-0,5/10Р: /> А, /> А. Коэффициенттрансформации трансформатора тока: />.Трансформаторы тока и реле включены по схеме неполной звезды с реле в нулевомпроводе: />.
3) Ток срабатываниязащиты отстраивается от максимального рабочего тока:
/> А, (3.3)
где /> – коэффициент отстройки отбросков тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора и отвозможных толчков тока нагрузки.
4) Коэффициентчувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальномрежиме на выводах высокого и низкого напряжений:
/>. (3.4)
Определим ток двухфазногокороткого замыкания на выводах низкого напряжения, приняв напряжение короткогозамыкания трансформатора /> %:
/>. (3.5)
Тогда эквивалентноесопротивление:
/>о.е.
Зная эквивалентноесопротивление, можно определить мощность короткого замыкания:
/> МВА.
Ток двухфазного короткогозамыкания на выводах низкого напряжения, приведенный к высокому напряжениютрансформатора:
/> А. (3.6)
Определим коэффициентчувствительности на выводах низкого напряжения:
/>. (3.7)
Так как коэффициентчувствительности в обоих случаях превышает нормируемое значение, то защитаудовлетворяет требованию чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (3.8)
Принимаем к установкереле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.9)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
3.2 Максимальная токовая защита свыдержкой времени – защита от перегруза
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Принимаем к установкеуже выбранный в п.3.1 трансформатор тока ТПЛК-10-30-0,5/10Р. Трансформаторытока включены по схеме неполной звезды, реле устанавливается в одну фазу (таккак перегруз является симметричным режимом): />.Коэффициент трансформации />.
3) Определим токсрабатывания защиты, который отстраивается от максимального рабочего тока на ВНтрансформатора:
/>, (3.10)
где /> – коэффициент отстройки;
/> – кратность тока перегрузки поотношению к максимальному рабочему;
/> – максимальный рабочий токтрансформатора.
/> А. (3.11)
4) Коэффициентчувствительности не определяется.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (3.12)
Принимаем к установкереле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.13)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Время срабатываниязащиты определяется технологическим процессом и принимается /> с. Используем реле времениРВ-01.
3.3 Защитаполупроводникового преобразователя
Дополнительно к защитетрансформатора на полупроводниковом преобразователе также предусматриваютсяустройства защиты.
1) Для защиты от пробоявентильных преобразователей используют быстродействующие плавкиепредохранители, устанавливаемые последовательно с вентилями в каждуюпараллельную ветвь. Селективное действие предохранителей обеспечивается тем,что при повреждении одного из вентилей весь ток короткого замыкания проходиттолько через предохранитель этого вентиля, а в двух других фазах ток к.з.распределяется по всем параллельно включенным предохранителям. Для защиты могутиспользоваться предохранители типа ПП57, имеющие высокое быстродействие порядка0,003 с при отношении тока аварийного режима к номинальному току плавкойвставки />.
2) Устройства, основанныена снятия импульсов управления с силовых тиристоров преобразователя (защита поуправляющему электроду) для предотвращения сверхтоков. При возникновениикороткого замыкания сигналом с датчика тока блокируется подача отпирающихимпульсов на силовые тиристоры. Выключение тиристора, проводившего ток,осуществляется в момент естественного снижения тока до тока удержания тиристора.
3) Защита от внутренних ивнешних перенапряжений. Для защиты от внешних перенапряжений (из сети и цепинагрузки) применяют RC-цепочки инелинейные полупроводниковые ограничители, включаемые к выводам вентильнойобмотки трансформатора. Для защиты от внутренних перенапряжений, обусловленныхэффектом накопления в вентилях неосновных носителей, также применяются RC-цепи, включаемые параллельновентилям. Такая цепь одновременно уменьшает и скорость изменения напряжения.
4 Защита сборных шин(секционный выключатель Q27)
Для защиты сборных шин 10кВ используется двухступенчатая токовая защита:
1) токовая отсечка;
2) максимальная токоваязащита с выдержкой времени.
4.1 Токовая отсечка
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13.
2) Токи, протекающие черезсекционный выключатель Q27,определяются токами кабельных линий. Определим эти токи.
Определим ток,протекающий по кабельной линии Л5:
/> А, (4.1)
Определим ток,протекающий по кабельной линии Л6:
/> А. (4.2)
В качестве максимальногорабочего тока будем рассматривать наибольший из этих токов, т.е. /> А.
Принимаем к установкетрансформатор тока типа ТШЛ10-2000-0,5/10Р: /> А,/> А.
Коэффициент трансформациитрансформатора тока:
/>.
Схема включениятрансформаторов тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатываниязащиты отстраивается от максимального из токов срабатывания токовых отсечекотходящих присоединений. В данном случае это будет ток срабатывания отсечкидвигателя Д (см. выражение (2.2)):
/> А. (4.3)
4) Коэффициентчувствительности не определяется.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (4.4)
Принимаем к установкереле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (4.5)
Принимаем сумму уставок: />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
4.2 Максимальнаятоковая защита с выдержкой времени
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Реле включаются вовторичные цепи выбранного в п.4.1 трансформатора тока. Коэффициенттрансформации трансформатора тока: />.Коэффициент схемы />.
3) Ток срабатываниязащиты отстраивается от максимального рабочего тока:
/> А. (4.6)
4) Коэффициентчувствительности не рассчитывается.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (4.7)
Принимаем к установкереле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (4.8)
Принимаем сумму уставок: />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Выдержка временизащиты принимается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗтрансформатора Т3. Примем /> с.Тогда /> с. Используем реле времениРВ-01.
5 Расчёт защитыкабельной линии Л5
На кабельной линииустанавливаются следующие виды защит:
1) токовая отсечка безвыдержки времени;
2) максимальная токоваязащита с выдержкой времени;
3) защита от однофазныхзамыканий на землю.
5.1 Токовая отсечкабез выдержки времени
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13.
2) Допустимый ток кабеляА-185 (трехжильный алюминиевый кабель, прокладываемый в земле, на 10 кВ): /> А.
3) Максимальный рабочийток линии примем равным длительно допустимому току кабеля.
/>, (5.1)
где /> – число кабельных линийЛ5.
/> А.
Принимаем к установкетрансформатор тока типа ТПОЛ-10-800-0,5/10Р: /> А,/> А. Коэффициенттрансформации трансформатора тока:
/>.
Схема соединениятрансформаторов тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы />.
4) Ток срабатываниязащиты:
/>, (5.2)
здесь /> – коэффициент отстройки.
/> А.
5) Коэффициентчувствительности в данном случае не определяем. Считаем, что основной защитойявляется максимальная токовая защита.
6) Ток срабатывания реле:
/> А. (5.3)
Принимаем к установкереле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (5.4)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
5.2 Максимальнаятоковая защита с выдержкой времени
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Для выполнения защитыприменяются те же трансформаторы тока, что и для токовой отсечки. Коэффициенттрансформации трансформаторов тока />,коэффициент схемы />.
3) Ток срабатываниязащиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока линии:
/>, (5.5)
здесь /> – коэффициент отстройкидля статического реле;
/> – коэффициент самозапуска двигателейдля линии Л5.
/> А.
4) Коэффициентчувствительности в основной зоне проверяем по току двухфазного короткогозамыкания в конце кабельной линии Л5 (на шинах ДIc):
/>. (5.6)
Коэффициентчувствительности в резервной зоне определяем по току двухфазного короткогозамыкания за трансформатором Т3 (на шинах Е), приведенным на высокую сторону:
/>. (5.7)
Поскольку защита неудовлетворяет требованиям чувствительности, устанавливаем МТЗ с пуском понапряжению.
5) Загрубляем защиту, тоесть, принимаем />. Тогда токсрабатывания защиты
/> А. (5.8)
6) Ток срабатывания реле:
/> А. (5.9)
Принимаем к установкереле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (5.10)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
7) Выдержка времени защитыпринимается на ступень селективности больше выдержки времени на секционномвыключателе Q27: /> с,то /> с.
8) Вводим защитуминимального напряжения на реле напряжения минимального действия РСН 16 скоэффициентом возврата />.
9) Измерительным органомзащиты является трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10, которыйустанавливается на секцию шин ГIс.Для выбранного трансформатора напряжения
/> В, /> В.Коэффициент трансформации
/>.
10) Напряжениесрабатывания защиты:
/>, (5.11)
где /> – минимальное напряжениена шинах, которое не вредит технологическому процессу.
/> В.
11) Найдем минимальноеостаточное напряжение на шинах ГIспри металлическом коротком замыкании на шинах ДIс для проверки чувствительности защиты.
Полное удельноесопротивление кабельной линии Л5:
/> Ом/км, (5.12)
где /> – удельное активноесопротивление кабельной линии Л5, Ом/км;
/> – удельное индуктивное сопротивлениекабельной линии Л5, Ом/км;
/> – длина кабельной линии Л5, км.
Минимальное остаточноенапряжение:
/>, (5.13)
где /> – количество кабельныхлиний Л5.
/> В.
Коэффициентчувствительности:
/>. (5.14)
12) Напряжениесрабатывания реле:
/> В. (5.15)
Принимаем к установкереле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах /> В.
Определим сумму уставок:
/>. (5.16)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставкиреле:
/> В.
5.3 Защита отоднофазных замыканий на землю
Защита выполняется сдействием на сигнал.
1) Выбираем реле РТЗ-51,ток срабатывания которого находится в пределах /> А.
2) Измерительным органомявляется трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗРЛ.
3) Для кабеля марки А-185удельный емкостный ток однофазного замыкания на землю /> А/км.
Ток нулевойпоследовательности линии, обусловленный током утечки,
/> А. (5.17)
Ток срабатывания защиты:
/>, (5.18)
здесь /> – коэффициент отстройкидля защиты без выдержки времени.
/> А.4)Проверку чувствительности защиты не производим, так как неизвестен ток утечкидля всей сети предприятия, определяемый экспериментально.
6 Расчёт защиты силовоготрансформатора Т1
На силовом трансформатореустанавливаются следующие виды защит:
1) дифференциальнаязащита от различных видов короткого замыкания;
2) максимальная токоваязащита как резервная от внешних многофазных коротких замыканий;
3) защита от перегруза;
4) газовая защита.
6.1 Дифференциальнаязащита
1) Защита выполняется спомощью дифференциального реле РСТ 15.
2) Номинальные токиобмоток трансформатора:
высшего напряжения
/> А; (6.1)
низшего напряжения
/> А; (6.2)
В формулах (6.1) и (6.2):
/> – номинальная мощностьтрансформатора Т1, ВА;
/> – напряжение высокой сторонытрансформатора, В;
/> – напряжение низкой сторонытрансформатора, В.
3) Для выборатрансформаторов тока найдем максимальные рабочие токи:
на стороне ВН
/> А; (6.3)
на стороне НН
/> А. (6.4)
На стороне ВН принимаем кустановке трансформатор тока типа ТФЗМ-220Б-I-200-0,5/10Р/10Р/10Р: /> А,/> А.
Коэффициент трансформациитрансформатора тока
/>. (6.5)
На стороне НН принимаем кустановке трансформатор тока типа и ТШЛ-10-3000-0,5/10Р: /> А, /> А.
Коэффициент трансформациитрансформатора тока
/>. (6.6)
Силовой трансформатор Т1имеет схему соединения обмоток Ун/Д/Д, следовательно, длякомпенсации сдвига фаз трансформаторы тока на высокой стороне включаются посхеме полного треугольника (/>), атрансформаторы тока на низкой стороне — по схеме неполной звезды (/>).
Вторичные токитрансформаторов тока в номинальном режиме работы:
/> А; (6.7)
/> А. (6.8)
За основную сторонупринимаем сторону НН, так как />.
4) Определяем токинебаланса, вызванные погрешностями трансформаторов тока /> и регулированиемнапряжения под нагрузкой (РПН) />. Приэтом все токи приводим к ступени напряжения основной стороны.
Определим ток небаланса />:
/>, (6.9)
где /> – коэффициент однотипноститрансформаторов тока;
/> – коэффициент апериодическойсоставляющей для дифференциального реле;
/> – допустимая погрешностьтрансформаторов тока;
/>– максимальный сквозной ток,приведенный на высокую сторону, А.
/> А.
Определим ток небаланса />:
/>, (6.10)
где /> — пределы регулированиянапряжения на стороне ВН;
/> — пределы регулирования напряженияна стороне СН.
/> А.
Предварительное значениетока срабатывания защиты по условию отстройки от токов небаланса
/>, (6.11)
где /> – коэффициент отстройки.
/> А.
Ток срабатывания защитыпо условию отстройки от броска тока намагничивания
/>, (6.12)
где /> – коэффициент отстройки.
/> А.
Из двух токовсрабатывания выбираем наибольший, то есть /> А.
5) Предварительноезначение коэффициента чувствительности защиты определяем по току двухфазногокороткого замыкания на секции ГIс,приведенному на сторону ВН.
/>. (6.13)
6) Ток срабатывания релена основной стороне
/> А. (6.14)
Ток срабатывания реле нанеосновной стороне
/> А, (6.15)
где /> – коэффициенттрансформации силового трансформатора.
7) Примем число витковосновной обмотки />.
Расчетная МДС основнойобмотки
/> А·витков. (6.16)
Принимаем ближайшеестандартное значение МДС /> />.
Расчетное число витковнеосновной обмотки находится из условия
/>. (6.17)
Принимаем />.
Составляющая токанебаланса /> из-за неравенстварасчетного и действительного числа витков
/> А. (6.18)
8) Ток срабатываниязащиты с учетом всех составляющих тока небаланса
/> А, (6.19)
здесь /> – коэффициент отстройки.
9) Коэффициентчувствительности определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенному на сторону ВН:
/>.
Так как коэффициентчувствительности превышает требуемое нормированное значение, то защитаудовлетворяет требованиям чувствительности.
10) Ток срабатывания релена основной стороне
/> А.
Ток срабатывания реле нанеосновной стороне
/> А.
6.2 МТЗ с выдержкойвремени
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Реле включаются вовторичные обмотки уже выбранных трансформаторов тока со стороны питания, тоесть схема включения трансформаторов тока и реле – полный треугольник(коэффициент схемы />), коэффициенттрансформации трансформаторов тока />.
3) Ток срабатываниязащиты:
/>, (6.20)
здесь /> – коэффициент отстройки;
/> – максимальный рабочий ток настороне ВН трансформатора при перегрузке, А.
/>А.
4) Коэффициентчувствительности в основной зоне определяется по току двухфазного короткогозамыкания за трансформатором, приведенным на первичную сторону:
/>. (6.21)
В зоне резервированиякоэффициент чувствительности определяется по току двухфазного короткогозамыкания в конце кабельной линии Л5, приведенным на первичную сторону:
/>. (6.22)
Защита удовлетворяеттребованиям чувствительности.
5) Определим токсрабатывания реле:
/> А. (6.23)
Принимаем к установкереле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (6.24)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Время срабатываниязащиты принимается по условию отстройки от времени срабатывания МТЗ насекционном выключателе Q20.Поскольку это время равно /> с, то /> с, где /> с – ступень селективностидля статического реле. Используем реле времени РВ-01.
6.3 Защита отперегруза
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Защита выполняется спомощью одного реле, включенного во вторичную обмотку того же трансформаторатока, что и реле максимальной токовой защиты, на ток фазы А, с действием насигнал. Коэффициент трансформации трансформатора тока />, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатываниязащиты определяется из условия отстройки от номинального тока трансформатора настороне ВН:
/>, (6.25)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициентчувствительности не рассчитывается.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (6.26)
Принимаем к установкереле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (6.24)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Выдержка временизащиты отстраивается от кратковременных перегрузок. Примем /> с. Устанавливаем релевремени РВ-01.
6.4 Газовая защита
Газовая защита являетсяосновной защитой трансформаторов от витковых замыканий и других внутреннихповреждений, сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качествереагирующего органа выбираем реле типа РГТ-80. Верхняя пара контактов действуетна сигнал при слабом газовыделении и понижении уровня масла, нижняя параконтактов действует на отключение при бурном газообразовании и дальнейшемпонижении уровня масла. Уставка скоростного элемента (нижнего) выбирается взависимости от мощности и системы охлаждения силового трансформатора. Так кактрансформатор имеет мощность 25 МВ·А и систему охлаждения Д, то принимаемуставку 1 м/с.
7 Расчёт защитывоздушных линий Л1, Л2
В связи с тем, что сетьобразована параллельными линиями и имеет двухстороннее питание, то примем кустановке следующие защиты:
1) основная от всех видовкоротких замыканий – поперечная дифференциальная направленная защита;
2) дополнительная косновной от междуфазных коротких замыканий – токовая отсечка без выдержкивремени, отдельная для каждой параллельной цепи;
3) резервная отмеждуфазных коротких замыканий – суммарная максимальная токовая защитапараллельных цепей;
4) защита от однофазныхкоротких замыканий на землю.
7.1 Поперечнаядифференциальная направленная защита
1) Защита выполняется спомощью токовых реле РСТ 13, которые включаются на разность токов параллельныхцепей. Для определения поврежденной цепи последовательно с обмоткой токовогореле РСТ 13 включается обмотка тока реле направления мощности РМ 11, а обмотканапряжения этого реле включается во вторичную обмотку трансформатора напряжения,установленного на шинах А.
2) Максимальный рабочийток линии при повреждении на другой линии:
/>, (7.1)
где /> – передаваемая мощность полиниям Л1 и Л2, ВА;
/> – напряжение линий Л1 и Л2, В.
/> А.
Принимаем к установке трансформатортока ТФЗМ-220Б-I-300-0,5/10Р/10Р/10Р:/> А; /> А. Коэффициенттрансформации трансформатора тока
/>.
В каждой цепи линииустанавливаются три трансформатора тока, включенные по схеме неполной звезды,коэффициент схемы />.
Примем к установке трансформаторнапряжения типа НКФ-220-58У1:
/> В, />
В. Коэффициенттрансформации трансформатора напряжения:
/>.
3) Ток срабатываниязащиты определяется двумя условиями:
а) отстройкой от токанебаланса
/>, (7.2)
где /> – коэффициентапериодической составляющей для токового реле;
/> – коэффициент однотипности дляидентичных трансформаторов тока;
/> – класс точности трансформаторовтока.
/> А.
Ток срабатывания защиты
/>, (7.3)
здесь /> – коэффициент отстройки.
/> А.
б) отстройкой от максимальногорабочего тока при отключении одной из параллельных линий с противоположногоконца.
Ток срабатывания защиты:
/>, (7.4)
где />– коэффициент отстройки;
/> – максимальный рабочий ток, которыйбыл определен по выражению (7.1).
/> А.
Принимаем к выполнениюбольшее из двух значений, то есть /> А.
4) Чувствительностьзащиты определяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в двухслучаях:
а) при повреждении всередине одной из параллельных цепей (рисунок 2)
/>
Рисунок 2
/> А – ток при точке двухфазногокороткого замыкания на шинах В при питании от системы G1;
/> А — ток при точке двухфазногокороткого замыкания на шинах А при питании от системы G2.
Ток в неповрежденной цепинаходится как четверть разницы этих токов:
/> А. (7.5)
Токи в поврежденной цепи:
от шин А к точкекороткого замыкания /> А;
от шин В к точкекороткого замыкания /> А.
Коэффициентчувствительности защит с обоих концов одинаковый:
/>. (7.6)
б) при повреждении вконце одной из линий, когда она отключена с одной стороны каскадным действиемзащиты (рисунок 3).
/>
Рисунок 3
Питание от системы G2 не учитываем, тогда коэффициентчувствительности
/>. (7.7)
Коэффициентчувствительности больше нормированного в обоих случаях.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (7.8)
Принимаем к установкереле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.9)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Длина зоны каскадногодействия (вблизи шин В):
/>, (7.10)
здесь /> – длина линий Л1 и Л2, км.
Длина зоны каскадногодействия лежит в допустимых пределах.
Длина мертвой зоны пооргану направления мощности РМ 11 (вблизи шин А) может быть найдена изупрощенного выражения (3.11) (без учета активного сопротивления линии и безучета подпитки с противоположной стороны), исходя из минимального напряжениясрабатывания реле РМ 11 /> В.
/>, (7.11)
здесь /> – коэффициенттрансформации трансформатора напряжения;
/> Ом/км – удельное индуктивноесопротивление линии;
/>.
Длина мертвой зоны такжележит в допустимых пределах.
7.2 Токовая отсечкабез выдержки времени
Ненаправленная токоваяотсечка без выдержки времени предназначена для отключения трехфазных короткихзамыканий в пределах мертвой зоны дифференциальной защиты.
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13.
2) Реле включаются вовторичные обмотки выбранных в п.7.1 трансформаторов тока с коэффициентомтрансформации />, включенными посхеме неполной звезды (коэффициент схемы />).
3) Ток срабатываниязащиты отстраивается от тока трехфазного короткого замыкания на шинах В припитании от системы G2 />:
/>, (7.12)
здесь /> – коэффициент отстройки.
/> А.
4) Коэффициентчувствительности определяется только при трехфазных коротких замыканиях, таккак основное назначение защиты — резервировать отказ поперечнойдифференциальной направленной защиты при трехфазных коротких замыканиях вмертвой зоне.
При коротком замыкании наодной цепи А-В вблизи шин А расчетный ток защиты найдем как сумму токов,посылаемых системой 1, и половины тока со стороны системы 2:
/> А. (7.13)
Тогда коэффициентчувствительности
/>. (7.14)
Защита проходит покоэффициенту чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (7.15)
Принимаем к установкереле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.16)
Принимаем уставку />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
7.3 Суммарнаямаксимальная токовая направленная защита
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата /> и реле направлениямощности РМ 11.
2) Измерительнымиорганами являются выбранные в п.7.1 трансформаторы тока, включенные по схеме неполнойзвезды (/>, />), а также трансформаторнапряжения.
3) Ток срабатываниязащиты отстраивается от максимального рабочего тока линии:
/> А. (7.17)
4) Коэффициентчувствительности в основной зоне действия:
/>. (7.18)
Защита удовлетворяеттребованиям чувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (7.19)
Принимаем к установкереле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.20)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
5) Выдержку времени МТЗ определим длявсей сети А-Б-В путем разделения схемы на две части, в каждой из которых будетпо одному источнику, и произведем независимое определение времени срабатыванияМТЗ (см. рисунок 4).
/>
Рисунок 4 – Выдержкивремени МТЗ сети А-Б-В
Ступень селективности длястатического реле /> с.
Выдержка времени длявыключателей Q16 и Q18 была выбрана в п.6.2.
Выдержки времени длявыключателей Q1, Q5, Q3 и Q7 определяются при питании со сторонысистемы G1:
/> с;
/> с.
Выдержки времени длявыключателей Q2, Q6, Q4 и Q8 определяются при питании со сторонысистемы G2:
/> с;
/> с.
Для обеспечения выдержкивремени выбираем реле времени РВ-01.
7.4 Защита отоднофазных коротких замыканий на землюПриоднофазных коротких замыканиях на землю (ОКЗЗ) увеличиваются токи нулевойпоследовательности, поэтому для определения данного вида поврежденийустанавливаются фильтры нулевой последовательности (трансформаторы токавключаются по схеме полной звезды, а реле устанавливаются в нулевой провод).Защита от ОКЗЗ выполняется, как правило, трёхступенчатой: 1-ая ступень —направленная отсечка мгновенного действия нулевой последовательности, но вотличие от токовой отсечки отстройка производится только от тока нулевойпоследовательности, направленного от шин подстанции. Ток срабатываниямгновенных отсечек на параллельных линиях необходимо выбирать с учетом наличиязначительной взаимоиндукции от параллельной цепи, оказывающей существенное влияниена сопротивление нулевой последовательности; 2-ая ступень — токовая отсечканулевой последовательности с выдержкой времени; 3-я ступень — МТЗ нулевойпоследовательности.
8 Проверкатрансформатора тока и выбор контрольного кабеля
Необходимо определитьсечение контрольного кабеля во вторичных цепях трансформатора тока,установленного около выключателя Q29. Прирасчете двигателя был выбран тип трансформатора тока: ТЛК10-100-0,5/10Р.Номинальный первичный ток /> А,вторичный /> А. Коэффициенттрансформации трансформатора тока: />.
Расчетная кратность тока
/>, (8.2)
где /> – ток при внешнем к.з. вмаксимальном режиме;
/> – номинальный ток первичной обмоткитрансформатора тока, А.
/>.
По кривым /> для данного типатрансформатора тока находим /> Ом.
Расчетное сопротивлениенагрузки определяется выражением
/>, (8.3)
где /> – сопротивление проводов,Ом;
/> Ом – сопротивление реле;
/> Ом – сопротивление контактов.
Найдем /> при условии />:
/> Ом.
Вторичные цепи выполнены меднымкабелем длиной /> м. Сечениекабеля можно определить по формуле:
/>, (8.4)
где /> – удельное сопротивлениемеди.
/> мм2.
Принимаем стандартноесечение 2,5 мм2, которое удовлетворяет требованиям механическойпрочности для соединительных проводов токовых цепей. Кабель контрольный типаКРВГ.
Литература
1 Релейная защита в системах электроснабжения: Методическиеуказания к изучению курса и выполнению контрольного задания / Г. А. Комиссаров,Х. К. Харасов. – Челябинск: ЧГТУ, 1996. – 56 с.
2 Неклепаев Б. Н., Крючков И. П. Электрическая частьэлектростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломногопроектирования: Учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. — М.:Энергоатомиздат, 1989.
3 Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебное пособие длятехникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. – М.: Энергия, 1974 – 680 с. с ил.
4 Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техникирелейной защиты. 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 376с., ил.