Оглавление
Задание на курсовую работу
1. Расчет токов короткого замыкания
1.1 Расчет сопротивлений элементов схемы
1.2 Расчет величин токов КЗ
2. Расчет защиты высоковольтного двигателя Д
2.1 Продольная дифференциальная токовая защита
2.2 Защита от перегруза – МТЗ с выдержкой времени
2.3 Защита минимального напряжения
3. Расчет защиты трансформатора Т3
3.1 Т.О. без выдержки времени
3.2 Газовая защита от внутренних повреждений и понижения уровнямасла
3.3 Максимальная токовая защита от внешних многофазных к.з.
3.4 Максимальная токовая защита с выдержкой времени – защита от
перегруза
4. Защита сборных шин (секционный выключатель Q15)
5. Расчет защиты кабельной линии Л5
5.1 Токовая отсечка без выдержки времени
5.2 Максимальная токовая защита с выдержкой времени
5.3 Защита от однофазных замыканий на землю
6. Расчет защиты силового трансформатора Т1
6.1 Дифференциальная защита
6.2 МТЗ с выдержкой времени
6.3 Защита от перегруза
6.4 Газовая защита
7. Расчет защиты воздушной линии Л2
7.1 Высокочастотная дифференциально-фазная защита
7.2 Максимальная токовая защита от междуфазных коротких замыканий
7.3 Защита от однофазных коротких замыканий на землю
8. Проверка трансформатора тока и выбор контрольного кабеля
Литература
Задание на курсовую работу
Схема распределительной сети электрическойэнергии промышленного предприятия и виды его нагрузки представлена на рисунке1.
Необходимо выбрать типы защит всехэлементов приведенной схемы в соответствии с ПУЭ. Выбранные защиты в условномизображении нанести на схему. Произвести расчет величин токов короткогозамыкания. Произвести расчет защит следующих объектов: силового трансформатораТ1 (выключатель Q16), воздушных линий Л2 (выключатель Q5), кабельной линии Л5(выключатель Q21), сборных шин (секционный выключатель Q15), трансформатора Т3(выключатель Q30), двигателя Д (выключатель Q29).
Также необходимо изобразить схему релейнойзащиты трансформатора Т1 и двигателя Д; выбрать тип трансформатора тока 17 иопределить сечение провода в его вторичных цепях (медный кабель длиной 10 м).
Исходные данные приведены в таблицах 1– 6.
Таблица 1 – Система и сеть 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 Л2 Л4 А-В Б-В 8700 7500 9500 8000 220 20 25 90 75 37 3 2×25 8×1,6
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 – Выдержки времени защитотходящих 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
/> 1,5 2,0 1,5 1,5 1,2 1,3 1,0 1,3 1,3 3 М 185 4,1 1,3 3 М 185 1,8
Таблица 4 – Нагрузки на шинах РП1 и РП2Двигатели 10 кВ (асинхронные типа АТД) БК ДСП Кол-во
Мощность Рном, кВт
Коэффициент пуска kп Q, квар Кол-во
Sном, МВА 2 5000 7,7 7000 3 9,0
Таблица 5 – Электродвигатель с номинальнымнапряжением Uн = 380 ВТип
/>, кВт
/> h, %
/>
Длина
кабеля
Л7, м 4 А355 S 6У3 160 0,9 93,5 6,5 28
Таблица 6 – Параметры преобразовательногоагрегатаТип Назначение
Выпр. напр.
/>, В
Выпр. ток
/>, А
Напряжение
питания, кВ
Схема
выпрямления ТВД электролиза 800 12500 10
Трехфазная
мостовая
Защиты выполняются на постоянномоперативном токе.
/>/>Рисунок 1 – Схемараспределительной сетиНарисунке обозначено: ПГТВ– защита от перегруза токами высших гармоник; /> – температурныеуказатели, указатели циркуляции масла и воды в системе охлаждения с действиемна сигнал.
1.Расчет токов короткого замыкания
Величина токов короткого замыкания дляряда защит (дифференциальных, токовых отсечек и т.д.) влияет на значение токасрабатывания. Кроме того, они необходимы для вычисления коэффициентовчувствительности выбранных защит.
Значения токов короткого замыканияопределяются 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 в относительных единицах.Базисная мощность /> МВА. Принимаем среднее значение напряжения сети: /> кВ и /> кВ./>1.1 Расчет сопротивлений элементов схемы
Удельное реактивное сопротивлениевоздушных линий Л2 и Л4 принимаем средне-типовым /> Ом/км, активным сопротивлением пренебрегаем.
Сопротивление воздушной линии Л2 определимпо формуле (1.1):
/>, (1.1)
здесь /> – длина линии Л2, км.
/>.
Сопротивление воздушной линии Л4 определимпо формуле (1.2):
/>, (1.2)
здесь /> – длина линии Л4, км.
/>.
Кабели марки М-185 и М-185 имеют следующиеудельные параметры: удельное индуктивное сопротивление /> Ом/км; /> Ом/км, удельное активное сопротивление /> Ом/км; /> Ом/км.
Индуктивное сопротивление кабельной линииЛ5:
/>, (1.3)
здесь /> – длина линии Л5, км;
/>.
Активное сопротивление кабельной линии Л5:
/>, (1.4)
/>.
Индуктивное сопротивление кабельной линииЛ6:
/>, (1.5)
здесь /> – длина линии Л6, км;
/>.
Активное сопротивление кабельной линии Л6:
/>, (1.6)
/>.
Сопротивления трансформаторов Т1 и Т2:
/>, (1.7)
/>, (1.8)
/>, (1.9)
здесь /> – номинальная мощность трансформатора Т1,ВА.
/>
/>
/>
Сопротивление трансформатора Т3:
/>, (1.10)
здесь /> – номинальная мощность трансформатора Т3,ВА.
/>./> 1.2 Расчет величин токов КЗ
Расчёт токов короткого замыкания приведёнв таблицах 7 – 9.
Таблица 7 – Максимальный режим, секционныйвыключатель Q15 отключен, Q20 и Q27 включены.
Точка КЗ
на шинах
п/ст
Искомые
величины Питание со стороны Система G1 Система G2 А
/>, о.е.
/> -
/>, МВА 8700
/>, кА
/> Б
/>, о.е. -
/>
/>, МВА 9500
/>, кА
/>
В
Ic
/>, о.е.
/> -
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
В
IIс
/>, о.е. -
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
Г
Ic,
IIс
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Питание одновременно от систем G1 и G2
Г
Ic,
IIс
/>, МВА
/>
/>, о.е.
/>
/>, кА
/>
Д
Ic,
IIc
/>, о.е.
/>
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/> Е
/>, о.е.
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/> /> /> /> /> />
Таблица 8 – Минимальный режим, секционныевыключатели Q15, Q20 и Q27 отключены.
Точка КЗ
на шинах
п/ст
Искомые
величины Питание со стороны Система G1 Система G2 А
/>, о.е.
/>
—
/>, МВА 7500
/>, кА
/> Б
/>, о.е. —
/>
/>, МВА 8000
/>, кА
/> В
/>, о.е.
Iс
/>
IIс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Г
/>, о.е.
Iс
/>
IIс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Д
/>, о.е.
Iс
/>
IIс
/>
/>, МВА
/>
/>
/>, кА
/>
/> Е
/>, о.е.
/>
/>, МВА
/>
/>, кА
/>
/>
2. Расчёт защиты высоковольтного двигателяД
Для защиты асинхронных электродвигателейнапряжением выше 1000 В предусматриваются следующие защиты:
1) продольная дифференциальная токоваязащита;
2) защита от перегруза — МТЗ с выдержкойвремени;
3) защита минимального напряжения.
2.1 Продольная дифференциальная токоваязащита
1) Защита выполняется с помощьюдифференциального реле РСТ 15.
2) Для выбора трансформатора токаопределим номинальный ток двигателя:
/>, (2.1)
где /> – номинальная мощность двигателя, Вт (см.таблицу 4);
/> – номинальное напряжение двигателя, В (см. таблицу 4);
/> – номинальный коэффициент мощности двигателя.
/> А.
К установке принимаем трансформатор токаТЛМ10-400-0,5/10Р:
/> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформаторатока:
/>.
ТТ со стороны питания соединены в «неполнуюзвезду», со стороны нулевых выводов ТТ соединены в «неполную звезду».
3) Определим ток срабатывания защиты:
/>
где /> — ток небаланса.
/>А, (2.2)
где /> – коэффициент пуска двигателя;
/> – коэффициент однотипности трансформаторов тока;
/> – коэффициент апериодической составляющей для дифференциальногореле;
/> – допустимая погрешность трансформаторов тока;
/>– номинальный ток двигателя.
Ток срабатывания защиты равен:
/>А,
Определим расчетный вторичный токсрабатывания защиты:
/> А, (2.3)
Определение числа рабочих витков РНТ:
/> витка (2.4)
Принимаем к установке 27 витков, которымсоответствует ток срабатывания защиты:
/> А, (2.5)
4) Коэффициент чувствительностиопределяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на шинах, ккоторым подключен двигатель:
/>. (2.6)
Так как коэффициент чувствительностипревышает нормируемое значение, то защита удовлетворяет требованиючувствительности.
2.2 Защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Перегруз является симметричным режимом,поэтому защита выполняется одним реле, включенным в одну из фаз. Используем теже трансформаторы тока, что и для токовой защиты (коэффициент трансформации />, коэффициент схемы />).
3) Ток срабатывания защиты определяется изусловия отстройки от номинального тока двигателя:
/>, (2.7)
где /> – коэффициент отстройки.
/> А.
4) Коэффициент чувствительности неопределяется.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (2.8)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.9)
Принимаем уставку
/>.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Выдержка времени защиты отстраиваетсяот времени пуска электродвигателя и равна /> с. Используем реле времени РВ-01.
2.3 Защита минимального напряжения
Защита выполняется двухступенчатой. Перваяступень отключает неответственную нагрузку.
1) Для выполнения защиты будем использоватьреле типа РСН 16, которое имеет коэффициент возврата />.
2) Выбираем трансформатор напряжения типаЗНОЛ.06-10:
/> В, /> В.
Коэффициент трансформации трансформаторанапряжения:
/>.
3) Напряжение срабатывания первой ступениотстраивается от минимального рабочего напряжения, которое составляет 70 % отноминального: />:
/> В, (2.10)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициент чувствительности нерассчитывается, так как неизвестно минимальное остаточное напряжение на шинахпри металлическом коротком замыкании в конце зоны защищаемого объекта.
5) Напряжение срабатывания реле первойступени
/> В.
Принимаем к установке реле РСН 16-28, укоторого напряжение срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.11)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставки реле I ступени:
/> В.
6) Выдержка времени принимается на ступеньселективности больше времени действия быстродействующей защиты от многофазныхкоротких замыканий. Примем /> с. Реле времени РВ-01.
Вторая ступень защиты отключает самдвигатель.
1) Вторую ступень защиты также выполним нареле РСН 16, коэффициент возврата />.
2) Реле включается во вторичные цепи тогоже трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.
3) Напряжение срабатывания второй ступени:
/> В, (2.12)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициент чувствительности неопределяем.
5) Напряжение срабатывания реле первойступени
/> В.
Принимаем к установке реле РСН 16-23, укоторого напряжение срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (2.13)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставки реле I ступени:
/> В.
6) Время срабатывания второй ступенизащиты принимаем /> с, так как по технологии недопустим самозапуск двигателя отнапряжения />. Используем реле времени РВ-01.
3. Расчет защитытрансформатора Т3
Сборные шины Е подключаются к питающейсети переменного тока через трансформатор Т3. Повреждения и ненормальные режимывозможны как в трансформаторе, так и на сборных шинах, поэтому необходимаустановка защит как со стороны питания, так и со стороны сборных шин.
Основными защитами трансформатораявляются:
1) Токовая отсечка без выдержки времени отмногофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;
2) газовая защита от внутреннихповреждений и понижения уровня масла;
3) МТЗ от внешних многофазных кз.
4) токовая защита от перегруза.
Номинальная мощность трансформатора:
/> кВА, (3.1)
/> – напряжение короткого замыкания трансформатора.
Поскольку номинальная мощностьтрансформатора больше 400 кВА, то газовая защита устанавливается.
3.1 Т.О. без выдержки времени
1) Защита выполняется спомощью токового реле РСТ 13.
2) Номинальный токпервичной обмотки трансформатора:
/> А. (3.2)
Выбираем трансформатор токаТЛМ-10-150-0,5/10Р:
/> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформаторатока:
/>.
Трансформаторы тока и реле включены посхеме неполной звезды с реле в нулевом проводе: />.
3) Ток срабатываниязащиты отстраивается от максимального тока кз:
/> А, (3.3)
где /> – коэффициент отсечки (принимаем реле типаРСТ — 13)
Коэффициент чувствительности определяетсяпри двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на выводах высокого инизкого напряжений:
/>. (3.4)
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (3.5)
Принимаем к установке реле РСТ 13-29, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.6)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
3.2 Газовая защита от внутреннихповреждений и понижения уровня масла
Ток, проходящий через место установкитоковой защиты при повреждении внутри бака трансформатора (пример межвитковоезамыкание), определяется числом замкнутых витков и поэтому может оказаться недостаточным для ее действия. Однако витковое замыкание представляет опасностьдля трансформатора; и защиты отключатся. Опасные внутренним повреждениемявляется также «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоляциимежду листами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничиваниии вихревые токи. Потери вызывают, местный нагрев стали, ведущий к дальнейшемуразрушению изоляции. Токовая и дифференциальная защиты на этот вид повреждения нереагируют. Отсюда возникает необходимость использования специальной защиты отвнутренних повреждений — «газовой», фиксирующей появление в баке поврежденноготрансформатора газа. Образование газа является следствием разложениятрансформаторного масла и других изолирующих материалов под действиемэлектрической дуги или не допустимого нагрева. Интенсивность газообразованиязависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнитьгазовую защиту, способную различить степень повреждения, и в зависимости отэтого действовать на сигнал или отключение.
Основным элементом газовой защиты являетсягазовое реле KGS, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем.Принимаем к установке реле типа: РГТ – 80 (струйное) которое имеет дваотключающих и один сигнальный элемент.
Время срабатывания реле составляет tср=0,05--0,5с.
Уставка по скорости составляет 0,65 м/с.
3.3 Максимальная токовая защита от внешнихмногофазных к.з.
1) Ток срабатывания МТЗ понижающеготрансформатора определяется, исходя из максимального рабочего тока.
Принимаем:
/>
2) Ток срабатывания защиты с учетомкоэффициента само запуска электродвигателей />:
/> (3.7)
где /> – коэффициент отсечки (принимаем реле типаРСТ — 13)
/> – коэффициент возврата
/>
где /> – коэффициент схемы (неполная звезда);
/> (3.8)
Ток срабатывания реле:
/> (3.9)
Принимаем реле РСТ 13-24
/>
/>
Ток уставки равен:
/>
Время сработки защиты:
Tсз(30)=0.6c=tсз+∆t=0.2+0,4=0,6с.
3.4 Максимальная токовая защита свыдержкой времени – защита от перегруза
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Принимаем к установке уже выбранный вп.3.1 трансформатор тока ТЛМ-10-150-0,5/10Р. Трансформаторы тока включены посхеме неполной звезды, реле устанавливается в одну фазу (так как перегрузявляется симметричным режимом): />. Коэффициент трансформации />.
3) Определим ток срабатывания защиты,который отстраивается от максимального рабочего тока на ВН трансформатора:
/>, (3.7)
где /> – коэффициент отстройки;
/> – максимальный рабочий ток трансформатора.
/> А. (3.8)
4) Коэффициент чувствительности неопределяется.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (3.9)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.10)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Время срабатывания защиты определяетсятехнологическим процессом и принимается /> с. Используем реле времени РВ-01.
4. Защита сборных шин (секционныйвыключатель Q15)
Для защиты сборных шин 220 кВ используетсядифференциальная токовая защита
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13.
2) Принимаем к установке трансформатортока ТФНД-220-1000-0,5/10Р. Трансформаторы тока включены по схеме неполнойзвезды, реле устанавливается в одну фазу (так как перегруз являетсясимметричным режимом): />. Коэффициент трансформации />.
3) Отстройка от тока не баланса:
/> (4.1)
где /> – обусловлен воздействием апериодической составляющейтока на ток срабатывания;
/> – коэффициент однотипности;
/> – класс точности релейной защиты.
/>А
/>А (4.2)
4) Отстройка от тока максимального токанагрузки:
/>А (4.3)
/>А (4.4)
Ток срабатывания пускового комплекта ДЗпринимаем наибольшее значение:
/>А
/> (4.5)
5)Ток срабатывания реле:
/> А. (4.6)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (3.10)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
5. Расчёт защиты кабельной линии Л5
На кабельной линии устанавливаютсяследующие виды защит:
1) токовая отсечка без выдержки времени;
2) максимальная токовая защита с выдержкойвремени;
3) защита от однофазных замыканий наземлю.
5.1 Токовая отсечка без выдержки времени
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13.
2) Допустимый ток кабеля А-185(трехжильный алюминиевый кабель, прокладываемый в земле, на 10 кВ): /> А.
3) Максимальный рабочий ток линии примемравным длительно допустимому току кабеля.
/>, (5.1)
где /> – число кабельных линий Л5.
/> А.
Принимаем к установке трансформатор токатипа ТПОЛ-10-1000-0,5/10Р: /> А, /> А. Коэффициент трансформациитрансформатора тока:
/>.
Схема соединения трансформаторов тока иреле – неполная звезда, коэффициент схемы />.
4) Ток срабатывания защиты:
/>, (5.2)
здесь /> – коэффициент отстройки.
/> А.
5) Коэффициент чувствительности в данномслучае не определяем. Считаем, что основной защитой является максимальнаятоковая защита.
6) Ток срабатывания реле:
/> А. (5.3)
Принимаем к установке реле РСТ 13-32, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (5.4)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
5.2 Максимальная токовая защита свыдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13
2) Для выполнения защиты применяются те жетрансформаторы тока, что и для токовой отсечки. Коэффициент трансформациитрансформаторов тока />, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания защиты определяется изусловия отстройки от максимального рабочего тока линии:
/>, (5.5)
где: /> – коэффициент отстройки для статическогореле;
/> – коэффициент возврата;
/> – коэффициент самозапуска суммарной нагрузки для линии Л5.
/>
/> А.
4) Коэффициент чувствительности в основнойзоне проверяем по току двухфазного короткого замыкания в конце кабельной линииЛ5 (на шинах ДIc):
/>. (5.6)
Коэффициент чувствительности в резервнойзоне определяем по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором Т3(на шинах Е), приведенным на высокую сторону:
/>. (5.7)
Поскольку защита не удовлетворяеттребованиям чувствительности, устанавливаем МТЗ с пуском по напряжению.
5) Загрубляем защиту, то есть, принимаем />. Тогда ток срабатывания защиты
/> А. (5.8)
6) Ток срабатывания реле:
/> А. (5.9)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (5.10)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
7) Вводим защиту минимального напряженияна реле напряжения минимального действия РСН 16 с коэффициентом возврата />.
8) Измерительным органом защиты являетсятрансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10, который устанавливается на секцию шинГIс. Для выбранного трансформатора напряжения
/> В, /> В.
Коэффициент трансформации
/>.
10) Напряжение срабатывания защиты:
/>, (5.11)
где /> – минимальное напряжение на шинах,которое не вредит технологическому процессу.
/> В.
11) Найдем минимальное остаточноенапряжение на шинах ГIс при металлическом коротком замыкании нашинах ДIс для проверки чувствительности защиты.
Полное удельное сопротивление кабельнойлинии Л5:
/> Ом/км, (5.12)
где /> – удельное активное сопротивлениекабельной линии Л5, Ом/км;
/> – удельное индуктивное сопротивление кабельной линии Л5,Ом/км;
/> – длина кабельной линии Л5, км.
Минимальное остаточное напряжение:
/>, (5.13)
где /> – количество кабельных линий Л5.
/> В.
Коэффициент чувствительности:
/>. (5.14)
12) Напряжение срабатывания реле:
/> В. (5.15)
Принимаем к установке реле РСН 16-28, укоторого напряжение срабатывания находится в пределах /> В.
Определим сумму уставок:
/>. (5.16)
Принимаем уставку />.
Найдем напряжение уставки реле:
/> В.
5.3 Защита от однофазных замыканий наземлю
Защита выполняется с действием на сигнал.
1) Выбираем реле РТЗ-51, ток срабатываниякоторого находится в пределах /> А.
2) Измерительным органом являетсятрансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗРЛ.
3) Для кабеля марки А-185 удельныйемкостный ток однофазного замыкания на землю /> А/км.
Ток нулевой последовательности линии,обусловленный током утечки,
/> А. (5.17)
Ток срабатывания защиты:
/>, (5.18)
здесь /> – коэффициент отстройки для защиты безвыдержки времени.
/> А.4)Проверку чувствительности защиты не производим, так как неизвестен ток утечкидля всей сети предприятия, определяемый экспериментально.
6. Расчёт защиты силового трансформатораТ1
На силовом трансформаторе устанавливаютсяследующие виды защит:
1) дифференциальная защита от различныхвидов короткого замыкания;
2) максимальная токовая защита какрезервная от внешних многофазных коротких замыканий;
3) защита от перегруза;
4) газовая защита.
6.1 Дифференциальная защита
1) Защита выполняется с помощьюдифференциального реле РСТ 15.
2) Номинальные токи обмотоктрансформатора:
высшего напряжения
/> А; (6.1)
низшего напряжения
/> А; (6.2)
В формулах (6.1) и (6.2):
/> – номинальная мощность трансформатора Т1, ВА;
/> – напряжение высокой стороны трансформатора, В;
/> – напряжение низкой стороны трансформатора, В.
3) Для выбора трансформаторов тока найдеммаксимальные рабочие токи: на стороне ВН
/> А; (6.3)
на стороне НН
/> А. (6.4)
На стороне ВН принимаем к установкетрансформатор тока типа ТФЗМ-220Б-I-200-0,5/10Р/10Р/10Р: /> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформаторатока
/>. (6.5)
На стороне НН принимаем к установкетрансформатор тока типа и ТШЛ-10-3000-0,5/10Р: /> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформаторатока
/>. (6.6)
Силовой трансформатор Т1 имеет схемусоединения обмоток Ун/Д/Д, следовательно, для компенсации сдвига фазтрансформаторы тока на высокой стороне включаются по схеме полного треугольника(/>), а трансформаторы тока на низкой стороне — по схеменеполной звезды (/>).
Вторичные токи трансформаторов тока вноминальном режиме работы:
/> А; (6.7)
/> А. (6.8)
За основную сторону принимаем сторону НН,так как />.
4) Определяем токи небаланса, вызванныепогрешностями трансформаторов тока /> и регулированием напряжения под нагрузкой(РПН) />. При этом все токи приводим к ступени напряжения основнойстороны.
Определим ток небаланса />:
/>, (6.9)
где /> – коэффициент однотипноститрансформаторов тока;
/> – коэффициент апериодической составляющей для дифференциальногореле;
/> – допустимая погрешность трансформаторов тока;
/>– максимальный сквозной ток, приведенный на высокую сторону, А.
/> А.
Определим ток небаланса />:
/>, (6.10)
где /> — пределы регулирования напряжения настороне ВН;
/> — пределы регулирования напряжения на стороне СН.
/> А.
Предварительное значение тока срабатываниязащиты по условию отстройки от токов небаланса
/>, (6.11)
где /> – коэффициент отстройки.
/> А.
Ток срабатывания защиты по условиюотстройки от броска тока намагничивания
/>, (6.12)
где /> – коэффициент отстройки.
/> А.
Из двух токов срабатывания выбираемнаибольший, то есть /> А.
5) Предварительное значение коэффициентачувствительности защиты определяем по току двухфазного короткого замыкания насекции ГIс, приведенному на сторону ВН.
/>. (6.13)
6) Ток срабатывания реле на основнойстороне
/> А. (6.14)
Ток срабатывания реле на неосновнойстороне
/> А, (6.15)
где /> – коэффициент трансформации силовоготрансформатора.
7) Примем число витков основной обмотки />.
Расчетная МДС основной обмотки
/> А·витков. (6.16)
Принимаем ближайшее стандартное значениеМДС /> />.
Расчетное число витков неосновной обмоткинаходится из условия
/>. (6.17)
Принимаем />.
Составляющая тока небаланса /> из-за неравенства расчетного и действительного числа витков
/> А. (6.18)
8) Ток срабатывания защиты с учетом всехсоставляющих тока небаланса
/> А, (6.19)
здесь /> – коэффициент отстройки.
9) Коэффициент чувствительности определяемпо току двухфазного короткого замыкания на секции ГIс, приведенномуна сторону ВН:
/>.
Так как коэффициент чувствительностипревышает требуемое нормированное значение, то защита удовлетворяет требованиямчувствительности.
10) Ток срабатывания реле на основнойстороне
/> А.
Ток срабатывания реле на неосновнойстороне
/> А.
6.2 МТЗ с выдержкой времени
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Реле включаются во вторичные обмоткиуже выбранных трансформаторов тока со стороны питания, то есть схема включениятрансформаторов тока и реле – полный треугольник (коэффициент схемы />), коэффициент трансформации трансформаторов тока />.
3) Ток срабатывания защиты:
/>, (6.20)
здесь /> – коэффициент отстройки;
/> – максимальный рабочий ток на стороне ВН трансформатора приперегрузке, А.
/>А.
4) Коэффициент чувствительности в основнойзоне определяется по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором,приведенным на первичную сторону:
/>. (6.21)
В зоне резервирования коэффициентчувствительности определяется по току двухфазного короткого замыкания в концекабельной линии Л5, приведенным на первичную сторону:
/>. (6.22)
Защита удовлетворяет требованиямчувствительности.
5) Определим ток срабатывания реле:
/> А. (6.23)
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (6.24)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Время срабатывания защиты принимаетсяпо условию отстройки от времени срабатывания МТЗ на секционном выключателе Q20.Поскольку это время равно /> с, то /> с, где /> с – ступень селективности длястатического реле. Используем реле времени РВ-01.
6.3 Защита от перегруза
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 13 с коэффициентом возврата />.
2) Защита выполняется с помощью одногореле, включенного во вторичную обмотку того же трансформатора тока, что и релемаксимальной токовой защиты, на ток фазы А, с действием на сигнал. Коэффициенттрансформации трансформатора тока />, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания защиты определяется изусловия отстройки от номинального тока трансформатора на стороне ВН:
/>, (6.25)
здесь /> – коэффициент отстройки.
4) Коэффициент чувствительности нерассчитывается.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (6.26)
Принимаем к установке реле РСТ 13-19, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (6.24)
Принимаем сумму уставок />.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
6) Выдержка времени защиты отстраиваетсяот кратковременных перегрузок. Примем /> с. Устанавливаем реле времени РВ-01.
6.4 Газовая защита
Газовая защита является основной защитойтрансформаторов от витковых замыканий и других внутренних повреждений,сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качестве реагирующегооргана выбираем реле типа РГТ-80. Верхняя пара контактов действует на сигналпри слабом газовыделении и понижении уровня масла, нижняя пара контактовдействует на отключение при бурном газообразовании и дальнейшем пониженииуровня масла. Уставка скоростного элемента (нижнего) выбирается в зависимостиот мощности и системы охлаждения силового трансформатора. Так как трансформаторимеет мощность 25 МВ·А и систему охлаждения Д, то принимаем уставку 1 м/с.
7. Расчёт защиты воздушной линии Л2
Примем к установке следующие защиты:
1) основная от всех видов короткихзамыканий – высокочастотная дифференциально–фазная защита;
2) дополнительная от междуфазных короткихзамыканий –максимальная токовая защита;
3) защита от однофазных коротких замыканийна землю.
7.1 Высокочастотная дифференциально–фазнаязащита
1) Защита выполняется с помощью реле ДФЗ2.
2) Максимальный рабочий ток линии:
/> А; (7.1)
В формуле (8.1):
/> – номинальная мощность передаваемая по линии Л4, ВА;
/> – напряжение линии Л4, В.
Принимаем к установке трансформатор токатипа ТФЗМ220-300-0,5/10Р/ 10Р/10Р /> А, /> А.
Коэффициент трансформации трансформаторатока
/>. (7.2)
В каждой цепи линии устанавливаются тритрансформатора тока, включенные по схеме полной звезды, коэффициент схемы />.
3) Ток срабатывания РТ1
/> (7.3)
где: /> - коэффициент возврата реле.
4) Ток срабатывания РТ2
/> (7.4)
5) Ток срабатывания ПР1
Определяем ток небаланса, вызванныйпогрешностями трансформаторов тока />.
/>, (7.5)
где: /> – коэффициент однотипноститрансформаторов тока;
/> – коэффициент апериодической составляющей;
/> – допустимая погрешность трансформаторов тока;
/> А.
/>, (7.6)
где: /> – коэффициент отстройки.
6) Ток срабатывания ПР2
/>А (7.7)
7) Коэффициент чувствительности определяемпо току двухфазного короткого замыкания на секции АIс:
/>.
Так как коэффициент чувствительностипревышает требуемое нормированное значение, то защита удовлетворяет требованиямчувствительности.
Так же в дополнение к комплекту защит РТ1и РТ2, которые отвечают за отключение токов 3х фазных коротких замыканий,следует установить комплект защит РТ3 и РТ4, которые отвечает за отключениенесимметричных коротких замыканий. Выполнить расчет комплектов защит РТ3 и РТ4не представляется возможным из-за недостатка данных.
7.2 Максимальная токовая защита отмеждуфазных коротких замыканий.
1) Защита выполняется с помощью токовогореле РСТ 11 с коэффициентом возврата />.
2) Измерительными органами являютсявыбранные в п.7.1 трансформаторы тока, включенные по схеме полной звезды (/>, />), а также трансформатор напряжения.
3) Ток срабатывания защиты отстраиваетсяот максимального рабочего тока линии:
/> А. (7.8)
4) Коэффициент чувствительности в основнойзоне действия:
/>. (7.9)
Защита удовлетворяет требованиямчувствительности.
5) Ток срабатывания реле:
/> А. (7.10)
Принимаем к установке реле РСТ 11-19, укоторого ток срабатывания находится в пределах />.
Определим сумму уставок:
/>. (7.11)
Принимаем уставку:
/>.
Найдем ток уставки реле:
/> А.
Выдержка времени МТЗ:
Ступень селективности для статическогореле /> с.
Определим время выдержки выключателя Q5:
/> с.
Для обеспечения выдержки времени выбираемреле времени РВ-01.
7.3 Защита от однофазных короткихзамыканий на землюПри однофазныхкоротких 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 существенноевлияние на сопротивление нулевой последовательности; 2-ая ступень — токоваяотсечка нулевой последовательности с выдержкой времени /> с; 3-я ступень — МТЗнулевой последовательности.
8. Проверка трансформатора тока и выборконтрольного кабеля
Необходимо определить сечение контрольногокабеля во вторичных цепях трансформатора тока, установленного около выключателяQ17. При расчете двигателя был выбран тип трансформатора тока: ТЛМ-10-1500-0,5/10Р.Номинальный первичный ток /> А, вторичный /> А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: />.
Расчетная кратность тока
/>, (8.2)
где /> – ток при внешнем к.з. в максимальномрежиме;
/> – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, А.
/>.
По кривым /> для данного типа трансформатора токанаходим /> Ом.
Расчетное сопротивление нагрузкиопределяется выражением
/>, (8.3)
где /> – сопротивление проводов, Ом;
/> Ом – сопротивление реле;
/> Ом – сопротивление контактов.
Найдем /> при условии />:
/> Ом.
Вторичные цепи выполнены медным кабелем длиной/> м. Сечение кабеля можно определить по формуле:
/>, (8.4)
где /> – удельное сопротивление меди.
/> мм2.
Принимаем стандартное сечение 2,5 мм2,которое удовлетворяет требованиям механической прочности для соединительныхпроводов токовых цепей. Кабель контрольный типа КВВГ.
Схема защиты двигателя 10кВ
/>
/>Обозначение Наименование Кол-во Примечание KV РСН 1 KA1 РСТ – 13 1 KA2 РСТ – 13 1 KA3 РСТ – 13 1 КА4 РСТ – 13 1 KL РП – 214 1 KH РУ – 21 1 KT РВ — 01 1
Схема защиты трансформатора Т1
/>
/>
/>
/>Обозначение Наименование Количество Примечание KA1 РСТ 13/19 1 KA2 РСТ 13/19 1 KA3 РСТ 13/19 1 TL1 TL2 KA4 РСТ15 1 KA5 РСТ15 1 TL3 1 TL4 1 KSG РГ43-66 1 KL1 РП321 1 KL2 РП321 1 KT1 РВМ 1 KT2 РВМ 1 KH1 РУ-21 1 KH2 РУ-21 1 KH3 РУ-21 1
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.