КОСТРОМСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ
Факультет электрификации и автоматизации сельского хозяйства
Кафедра “ Электроснабжение "
Курсовая работа
По дисциплине “Релейная защита”
Выполнил:
студент 4 курса 6 группы
факультета электрификации
и автоматизации с.-х.
Цветков Д.М.
Принял:
Смирнов Л.А.
Содержание
Введение
1. Исходные данные
2. Расчет токов короткого замыкания
2.1 Определение сопротивлений элементов сети
2.2 Определение токов КЗ
2.2.1 Расчет токов к. з. в точке К1
2.2.2 Расчет токов к. з. в точке К2
2.2.3 Расчет токов к. з. в точке К3
2.2.4 Расчет токов к. з. в точке К4
2.2.5 Расчет токов к. з. в точке К5
2.2.6 Расчет токов к. з. в точке К6
3. Выбор комплектных трансформаторных подстанций ираспределительных устройств
3.1 Из [Л2 — 532] выбираем КТП — 630 – 2500
3.2 Номинальный ток трансформатора на стороне 10 кВ равен
3.3 Номинальный ток трансформатора на стороне 0.4 кВопределяем по формуле
4. Выбор устройств РЗ и А для элементов системы электроснабжения
4.1 Составляем разнесённую схему релейной защиты
5. Расчет параметров релейной защиты
5.1 Рассчитываем МТЗ и отсечку выполненную на реле РТ-85
5.2 Принимаем схему МТЗ не полная звезда с реле типа РТ85на переменном оперативном токе
5.3 Определяем ток уставки релеРТ85/1
5.4 Рассчитаем ток срабатывания отсечки
5.5 Определяем коэффициентчувствительности отсечки
6. Расчет селективности действия защит
7. Выбор и описание работы устройства АРВ
Список использованной литературы
Введение
При проектировании иэксплуатации любой электроэнергетической системы приходится считаться свозможностью возникновения в ней повреждений и ненормальных режимов работы. Наиболеераспространёнными и в то же время опасными видами повреждений являются короткиезамыкания. Одним из основных видов ненормальных режимов работы являютсяперегрузки.
Повреждения и ненормальныережимы работы могут приводить к возникновению в системе аварий, под которымиобычно понимаются вынужденные нарушения нормальной работы всей системы или еёчасти, сопровождающиеся определённым недоотпуском энергии потребителям,недопустимым ухудшением её качества или разрушением основного оборудования.
Предотвращение возникновенияаварий или их развитие при повреждениях в электрической части энергосистемыможет быть обеспечено путем быстрого отключения повреждённого элемента, дляэтого применяется релейная защита и автоматика.
Основным назначением РЗ являетсяавтоматическое отключение повреждённого элемента (как правило кз) от остальной,неповреждённой части системы при помощи выключателей. Таким образом, онаявляется одним из видов противоаварийной автоматики систем. Важность этого видаавтоматики определяется тем, что без неё вообще невозможна бесперебойная работаэлектроэнергетических установок.
1. Исходные данные
/>
Рис.1. Исходная схема длярасчета.
Объектом проектирования являетсякабельная линия 10 кВ.
Сеть 0.4 кВ имеет длину L=250 ми выполнена проводом А70
Установлен автоматический вводрезерва (АВР) на низшем напряжении.
Коэф. загрузки трансформаторовподстанций = 1.
Коэф. загрузки линий =0.8
Линия 0.4 загружена на 25% отмощности ТП.
Коэф. мощности =0.8 для всехвидов потребителей.2. Расчет токов короткого замыкания
Составляем схему замещения длярасчета токов короткого замыкания.
/>
Рис 2. Схема замещения.
2.1 Определение сопротивлений элементов сети
Определяем сопротивлениегенератора №1.
/>; (2.1)
где: Xd -сверхпереходноесопротивление генератора; принимаем равным 0,125 Ом, согласно задания.
Uн — номинальное напряжение,принимаем 10 кВ.
Sн — номинальная мощностьгенератора
/> Ом
Определяем сопротивлениегенератора №2.
/>; (2.2)
/> Ом
Определяем полное сопротивлениегенератора:
/> (2.3)
/> Ом
Определяем сопротивление линии10 кВ.
/>/> Ом
/> Ом
/> Ом
где: R0 — активноесопротивление линии, [Л9 — 75]
для проводника АС-120 принимаемR010 = 0.25 Ом/км
X0 — индуктивноесопротивление линии, [Л9 — 75]
для проводника АС-120 принимаемX010 = 0.38 Ом/км
L10 — длина линии 10кВ, км
/> Ом
/> Ом
/> /> Ом
Так как имеем две воздушныелинии 10кВ с одинаковым сечением и длины, следовательно, их сопротивления равны.Данные линии соединены параллельно, то их можно представить в видерезультирующего сопротивления Zл10.
/>
/> Ом
Таблица 1. Технические данныереактора. Тип реактора Длительно допустимый ток при естественном охлаждении, А Номинальное напряжение, кВ РБ 10-630-1.0У3 630 10
/>Определяемсопротивление реактора
/> Ом
где: Xр% — относительное сопротивлениереактора; Xр = 6% — согласно задания;
Iнр — номинальный ток реактора,кА; Iнр = 0.63 кА согласно задания;
Uср — среднее напряжение линии,
/>; Ом
Определяем сопротивлениекабельной линии.
Индуктивное сопротивление на 1км кабеля мало зависит от сечения и для кабелей напряжением 10 кВ Х0можно принять 0,08 Ом/км [Л1 стр.185]. Активное сопротивление для кабелясечением 150 мм принимаем равным R0=0.194 Ом/км [Л2 стр.185]
/>;Ом, />; Ом
/> Ом,/> Ом
/> Ом
/>;Ом
Определяем сопротивлениетрансформатора.
/>;
где: Uk% — напряжение короткогозамыкания трансформатора,%
Uk = 5.5% — -согласно заданию.
Sном. т — номинальная мощностьтрансформатора, кВА
/>; Ом
Определяем активноесопротивление трансформатора:
/>; Ом
Таблица 2. Каталоговые данныетрансформатора. Тип
Sном,
кВА
Uном,
кВА
DР,
кВт
Uкз,
%
Iхх,
% Сх. и гр. соед. обм. ВН НН хх кз ТМН-2500/10 2500 10 0.4 4.6 23.5 5.5 1 Д/Ун-11
/>; Ом
Определяем индуктивноесопротивление трансформатора:
/> Ом
/> Ом
Определяем сопротивление линии 0.4кВ.
/>/> Ом, /> Ом
/> Ом
где: R0 — активноесопротивление линии, [Л9 — 75]
для проводника А-35 принимаем R0= 0.85 Ом/км
X0 — индуктивноесопротивление линии, [Л9 — 75]
для проводника А-35 принимаем X0= 0.35 Ом/км
L0,4 — длина линии0,4 кВ, км
/>;Ом
/>;Ом
/>;Ом
Составляем схему замещения сучетом выполненных упрощений.
/>2.2 Определение токов КЗ2.2.1 Расчет токов к. з. в точке К1
/>
Рис.3. Схема замещения длярасчета КЗ в т. К1
Определяем полное сопротивлениедо точки К1
Z1=Zг+Zвл10
Zп1=0.92+0.00008=0.92008 Ом
Ток трёхфазного к. з. в т. К1.,равен:
/>
/>, кА
Ток двухфазного к. з. в т. К1.,равен:
/>,/>, кА2.2.2 Расчет токов к. з. в точке К2
/>
Рис.4. Схема замещения длярасчета КЗ в т. К2
Определяем полное сопротивлениедо точки К2
Zп2=Zп1+Zр
Zп2=0.9201+0.55=1.47 Ом
Ток трёхфазного к. з. в т. К2. равен:
/> кА
Ток двухфазного к. з. в т. К2.,равен:
/> кА2.2.3 Расчет токов к. з. в точке К3
/>
Рис.5. Схема замещения длярасчета КЗ в т. К3.
Определяем полное сопротивлениедо точки К3
Zп3=Zп2+Zкл, Zп3=1.47+0.314=1.784Ом
Ток трёхфазного к. з. в т. К3. равен:
/>, кА
Ток двухфазного к. з. в т. К3.,равен:
/>,кА2.2.4 Расчет токов к. з. в точке К4
/>
Рис.6. Схема замещения длярасчета КЗ в т. К4.
Для расчета токов КЗ вименованных единицах сопротивление всех элементов расчетной схемы приводим ктой ступени напряжения на которой вычисляется ток КЗ. Приведение осуществляетсячерез квадрат коэффициента трансформации.
Определяем приведенноесопротивление трансформатора
/>;
/>
/> />; Ом
Определяем приведенноесопротивление КЛ.
/> />; />; Ом
Определяем приведенноесопротивление реактора
/>;
/>; Ом
Определяем приведенноесопротивление линии 10 кВ по формуле
/>; Ом
Определяем приведенное сопротивлениегенератора
/>;
/>; Ом
Определяем полное приведенноесопротивление до т. К4.
/>;
/>;Ом
Рассчитываем Iкз(3) вточке К4., по формуле
/>/>;
/>; кА
Рассчитываем Iкз(2) вточке К4., по формуле
/>/>; />; кА2.2.5 Расчет токов к. з. в точке К5
/>
Рис.7. Схема замещения длярасчета КЗ в т. К5.
Находим полное сопротивление дот. К5
/>
/>Ом
Рассчитываем Iкз(3) вточке К5 />
/>;
/>; кА
Рассчитываем Iкз(2) вточке К4., по формуле (3.5)
/>/>;
/>;кА2.2.6 Расчет токов к. з. в точке К6
/>
Рис.8. Схема замещения длярасчета КЗ в т. К6.
Определяем номинальный токдвигателя
/> (А)
По допустимому нагреву принимаемкабель сечением 16 /> [Л5-табл 1.3.16].
X0 — индуктивноесопротивление линии, принимаем равным 0.08 Ом/км [Л9 — 75]
R0=/> активное сопротивлениелинии
/>-удельнаяпроводимость провода, для алюминия />=32 /> [Л6-132].
S — сечение проводника, />
R0=/> Ом
/> Ом
Определяем полное сопротивлениедо точки К3
Zп6=Zп3+Zкл, Zп3=1.784+1,9=3,684Ом
Ток трёхфазного к. з. в т. К3. равен:
/>, кА
Ток двухфазного к. з. в т. К3.,равен:
/>,кА
3. Выбор комплектных трансформаторных подстанций ираспределительных устройств3.1 Из [Л2 — 532] выбираем КТП — 630 – 2500
Sном. т =2500кВА; тип силовоготрансформатора ТМН-2500/10;
тип шкафа на стороне 10 кВ — ШВВ5, на стороне 0.4 кВ — ШЛН5М; тип коммутационного аппарата: на 10 кВ ВНРу-10,на отходящих линиях 0.4 кВ — А3736Ф, А3794Б, Э06В, Э16В; габариты 1200´1400´2510;габариты шкафов 0.4 кВ — 1100´1500´2200. Некоторые элементы шкафа можнозаменять по просьбе заказчика на заводе изготовителе.
Для установки в КТПнеобходимо выбрать: предохранители в комплекте с выключателем нагрузки навысокой стороне для защиты трансформатора и автоматические выключатели нанизкой стороне, для защиты линии3.2 Номинальный ток трансформатора на стороне 10 кВравен
/>
/> А
Условие выбора плавких предохранителей:
Iвст ³ Iном. вн
К установке принимаемпредохранитель типа ПКТ104-10-20, У3 [Л3-221]:
Таблица 2. Основные техническиеданные предохранителейТип предохранителя
Uном,
кВ
Uнаиб. раб, кВ
Iпв,
А
Iном. откл,
кА ПКТ 104-10-20, У3 10 12 160 20 3.3 Номинальный ток трансформатора на стороне 0.4кВ определяем по формуле
/>
/>, кА
К установке принимаемавтоматический выключатель «Электрон»
с полупроводниковым реле РМТ нанапряжение до 660 кВ.
[Л11 — табл.21]
Таблица 3. Технические данныеавтоматического выключателя: Тип Исполнение
Iном. выкл.
А
Iном. баз МТЗ
А Установки п/п реле
ПКС в цепи 380 В
кА Регул. на шкалах РМТ значения
/>
/>
/>
tс. о.
tс. п, c Э25 Стационарное 4000
1000
1600
2500
4000 0.8; 1.0 3; 5
0.25
0.45
0.7
4
8
16 1.25 65
Условия выбора автоматическихвыключателей:
1. Uн. в≥Uр 0.66≥0.4кВ
2. Iн. расц≥Iр 4000≥3600А
3. Iс. о=К/> Iн. б
Iс. о=1,6*4000=6400 А
Где: Uн. в — номинальноенапряжение выключателя
Uр, Iр — рабочий ток напряжениелинии
Iн. расц — номинальный токрасцепителя
Iс. о — ток срабатывания отсечки
К — уставка п/п реле РМТ,принимаем К =1,6 [Л11 — 91]
Iн. б — номинальный базовый ток МТЗ,А
4. Проверяем автоматическийвыключатель по чувствительности:
/>
где: Iкз(2) — минимальный ток короткого замыкания в месте установки автоматическоговыключателя
/>
т.к. kч > 1.5,следовательно автомат по чувствительности проходит. [Л11-93]
Выбор автоматическихвыключателей на отходящих линиях.
Так как от КТП по низкой сторонеможет отходить до 8 линий 0.4 кВ, то принимаем 6 отходящих линий.
Следовательно, ток, проходящийпо каждой из линий будет равен:
/>, А
К установке принимаемавтоматический выключатель «Электрон»
с полупроводниковым реле РМТ нанапряжение до 660 кВ.
[Л11 — табл.21]
Таблица 4. Технические данныеавтоматического выключателя: Исполнение
Iном. выкл.
А
Iном. баз МТЗ
А Установки п/п реле
ПКС в цепи 380 В
кА Регул. на шкалах РМТ значения
/>
/>
/>
tс. о.
tс. п, c Э25 Стационарное 1000
630
800
1000
0.8; 1.0;
1,25 3; 5
0.25
0.45
0.7
4
8
16 1.25 40
Условия выбора автоматическихвыключателей:
1. Uн. в≥Uр 0.66≥0.4кВ
2. Iн. расц≥Iр 630≥600А
3. Iс. о=К/> Iн. б
Iс. о=1,6*630=1008 А
4. />
т.к. kч > 1.5,следовательно автомат по чувствительности проходит. [Л11-93]
4. Выбор устройств РЗ и А для элементов системыэлектроснабжения
Из [Л5 — 3.2.91] для линийв сетях с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземлённой черездугогасительный реактор) должны быть предусмотрены устройства РЗ от многофазныхзамыканий и от однофазных замыканий на землю.
Из [Л5 — 3.2.92] Защиту отмногофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном исполнении ивключать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспеченияотключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного местаповреждения.
Защита должна быть выполнена водно-, двух — или в трехрелейном исполнении.4.1 Составляем разнесённую схему релейной защиты
/>
Рис.8. Разнесенная схемарелейной защиты.
Принимаем следующие виды защитна линии:
Предохранители
Автоматические выключатели
МТЗ и отсечка, выполненная нареле РТ-85
5. Расчет параметров релейной защиты5.1 Рассчитываем МТЗ и отсечку выполненную на релеРТ-85
Т. к. на линии установлен реакторс Iр = 600 А, а по заданию по линии протекает ток 0.8×Iном. нагр = 0.8×600 = 480 А, то из [Л5 — табл.1.3.6] выбираем кабель с током Iном= 500 А и сечением 185мм2
Из [Л6 — 18.10] выбираемдва трансформатора тока типа ТПЛ10-500/5-0.5/Р, которые в свою очередьпроверяются на 10% -ную погрешность.
Если в результате проверки будетустановлено, что трансформаторы тока не проходят по условиям 10% -нойпогрешности (eрасч > eдоп), то принимают следующие меры:
снижают вторичную нагрузку,увеличив площадь соединения соединительных проводов;
для встроенных трансформаторовтока применяют схему последовательного включения 2х трансформаторовтока в одну фазу;
если реле включены на разностьтоков двух фаз, переходят на схему неполной звезды;
выбирают для эксплуатациитрансформаторы тока с большим коэффициентом трансформации или заменяютвстроенные трансформаторы тока выносными.5.2 Принимаем схему МТЗ не полная звезда с релетипа РТ85 на переменном оперативном токе
Реле типа РТ-85 или РТ-86 смощными переключающими контактами и ограниченно зависимой выдержкой времени.Предназначено для дешунтирования отключающих катушек выключателей.
/>
Рис.9. Схема МТЗ не полнаязвезда с реле РТ-85
В этой схеме в фазах А и С стоятреле тока КА1 и КА2. Они имеют по одному контакту. При нормальном режиме ток поэлектромагнитам YAT и КА1.1 и КА2.1 не протекает.
При к. з. ток протекает по обоимтоковым реле, которые в свою очередь замыкают свои контакты КА1.1 и КА2.1 вцепях электромагнитов отключения.
Использование переходногоконтакта исключает разрыв цепи трансформатора тока при срабатывании защиты.5.3 Определяем ток уставки реле РТ85/1
/>;
где: kн = 1.2 — коэффициент надежности;
kв = 0.85 — коэффициент возврата (для реле РТ-85);
kсх = 1 — коэффициентсхемы (т.к схема неполная зведа);
коэффициенты берём из [Л7 — стр.230]
nт = 60 — коэффициенттрансформации трансформаторов тока;
Iнагр — ток нагрузкипроходящий по кабельной линии.
/>А
Принимаем ток установки реле 7 А.5.4 Рассчитаем ток срабатывания отсечки
/> где: Ik. max — трёхфазныйток к. з. в точке К2.
/> А
т.к установка отсечки реле РТ-85равна 2¸8, а ток установки 10 А,то следовательно принимаем установку реле 5 на наибольший ток срабатыванияотсечки 50 А.
По расчетам установка 5 проходит.5.5 Определяем коэффициент чувствительности отсечки
/>
где: Ik. min — двухфазныйток к. з. в точке К2.
/>
Следовательно, защитаудовлетворяет требованиям чувствительности.
6. Расчет селективности действия защит
Для определения действияселективности защит строим их характеристики друг относительно друга.
1. Автоматический выключатель ВА53-41
2. Автоматический выключатель«Электрон» с полупроводниковым реле РМТ.
Предохранители типаПКТ103-10-80-12.5У3
МТЗ с отсечкой, выполненное нареле типа РТ-85.
Для удобства построения приводимхарактеристики всех защит к одному напряжению 10 кВ.
Для РТ-85 ток срабатываниязащиты будет равен:
/> (7.1)
/>А
Кратность тока срабатывания ктоку срабатывания защиты будет равна:
/> (7.2)
/>
Принимаем установку 6.
Из построенных зависимостейвидно что выбранная аппаратура по селективности проходит. Следовательно, расчетпроизведен верно.
7. Выбор и описание работы устройства АРВ
/>
Рис.10. Схема АВР двухстороннегодействия для двухтрансформаторной п/с
а) — поясняющая схема; б) — схема АВР и управления выключателем Q1 (аналогично Q2); в) — схема АВР длясекционного выключателя.
Данная схема применяется насельских 2х -трансформаторных п/с 110…35/10 кВ, где все выключателиоборудованы пружинными приводами. Секционный выключатель Q3 нормально отключени включается устройством АВР при отключении выключателей ввода напряжением 10 кВQ1 или Q2 или исчезновение напряжения на шинах 6 (10) кВ секций I или II врезультате отключения питающей линии электропередачи W1 или W2. Особенностьсхемы АВР — при восстановлении напряжения на питающей линии автоматическивосстанавливается нормальная схема п/с.
Пусковой орган схемы АВР состоитиз двух реле времени KT1 и KT2, Выполняющих одновременно роль органовминимального напряжения и выдержки времени. При снижении или исчезновениинапряжения реле при возврате якоря обеспечивают заданную выдержку времени. Обмоткиреле подключаются к разным трансформаторам: KT1 — к трансформатору собственныхнужд (ТСН1), а КТ2 — к измерительному трансформатору (ТН1). При этомисключается возможность ложной работы пускового органа при неисправностях вцепях напряжения.
На рис.10 контакты выключателейи реле показаны для рабочего положения: выключатели Q1 и Q2 включены, врезультате чего имеется напряжение на шинах 6 (10) кВ подстанции; приводы всехвыключателей подготовлены для операции включения; реле положения выключателей«Включено» KQC находятся под напряжением и их контакты замкнуты. Напряжениена шинки обеспеченного питания (ШОП) подается ТСН1 и ТСН2.
При повреждении, например,трансформатора Т1 под действием релейной защиты отключается выключатель Q1,замыкается его вспомогательный контакт SQ1.3 в цепи включения секционноговыключателя Q3 и последний включается, т.е. происходят АВР без выдержки времении восстановление напряжения на секции I. Однократность действия АВРобеспечивается тем, что при отключении выключателя Q1 реле KQC теряет питание иразмыкает свой контакт KQC.2 в цепи автоматической подготовки приводавыключателя Q3. Схема АВР перестаёт действовать при отключении контактнойперемычки (накладки) XB2.
Схема работает в другомаварийном режиме — при отключении, например, питающей линии W1 — с помощьюпускового органа минимального напряжения. При исчезновении напряжения состороны линии W1 реле КТ1 и КТ2 возвращается в исходное состояние, с выдержкойвремени замыкаются их контакты КТ1.2 и КТ2.2 в цепях отключения выключателя Q1.Выключатель Q1 отключается, и далее схема АВР действует на включениевыключателя Q3 так же, как описано ранее. Напряжение на шинах секции Iвосстанавливается, якорь реле КТ2 втягивается, и его контакт КТ2.1 замыкается,а контакт КТ2.2 размыкается. Реле КТ1 по-прежнему находится в исходномсостоянии, и его контакт КТ1.1 разомкнут. В данном случае реле КТ1 используютдля контроля за появлением напряжения со стороны питающей линии. Пусковым жеорганом восстановления нормальной предварительной схемы п/с служит реле времениКТ3, срабатывающее при подаче напряжения.
Если напряжение о стороны линииW1 появилось, то срабатывает реле КТ1 и замыкает свой контакт КТ1.1 При этомначинает работать реле КТ3, которое своим проскальзывающим контактом КТ3.2 (замыкаетсяна 1…1.5 с) создаёт цепь на включение выключателя Q1, а конечным контактом КТ3.3- цепь на отключение секционного выключателя Q3. Таким образом,восстанавливается нормальная схема п/с с отключенным выключателем Q3 которыйавтоматически подготавливается к будущему действию устройства АВР. [Л1 — стр.368]
Список использованной литературы
1. Будзко И.А., Лещинская Т.Б. Электроснабжениесельского хозяйства — М: Колос, 2000. — 536 с.
2. Неклепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическаячасть электростанций и подстанций. — М: Энергоатомиздат, 1989. — 608 с.
3. Руководящие материалы попроектированию электроснабжения с.-х. — М: РАО «ЕЭС России» АО РОСЭП,2001. — 74 с.
4. Нормы технологическогопроектирования электрических сетей с.-х. назначения НТПС-88 — М: АО РОСЭП, 1997.
5. Правила устройствэлектроустановок.6 издание. — М.: Госэнергонадзор 2000. — 608 с.
6. Федоров А.А. Справочник поэлектроснабжению и электрооборудованию. — М.: Энергоатомиздат. — 1987 — 592 с.
7. Каганов И.Л. Курсовое и дипломноепроектирование. — М.: Агропромиздат, 1990. — 351 с.
8. Андреев В.А. Релейная защита иавтоматика систем электроснабжения — М.: Высш. шк., 1991. — 496 с.