Введение
Системы электроснабженияявляются сложными производственными объектами кибернетического типа, всеэлементы которых участвуют в едином производственном процессе, основнымиособенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежностьповреждений аварийного характера. Поэтому надёжное и экономичноефункционирование систем электроснабжения возможно только при автоматическомуправлении ими.
Распределительныеэлектрические сети являются важным звеном в системе производства, передачи ипотребления электрической энергии. Большое значение для надёжной работыэлектросетей имеет правильное выполнение и настройка устройств релейной защитыи противоаварийной автоматики (РЗА) и в том числе правильный выбор рабочихпараметров срабатывания (рабочих уставок) аппаратуры РЗА.
Курсовая работа подисциплине «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленныхпредприятий» является одной из важнейших составных частей общего курса РЗА. Впроцессе выполнения данной работы выбираются защиты и рассчитываются уставкидля цеховых (заводских) распределительных сетей, производится согласованиезащит для обеспечения надёжности, максимального быстродействия и селективности.
1. Выборкабелей системы электроснабжения
1.1 Выборкабеля W6', питающего трансформатор T5
На основе данных выбираемтрансформатор Т5 типа ТСЗ-160/10 ([6], табл.3.3).
В нормальном режимеработы длительный ток нагрузки составит:
/> А.
Примем коэффициентзагрузки трансформатора в режиме длительной нагрузки и ПАР равным 1, так какотсутствует резерв. Следовательно Iн=Iн.max=Iном.Т5=14.663А.
Выбираем кабель на 6 кВмарки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура окружающей среды +350С).
Iдоп.ном=42 А ([1], табл. 1.3.18).
Расчетный длительный токкабеля:
Iдоп=Кс.н.·Кср·Iдоп.ном=1·0.85·42=35.7 А,
где: Кс.н=1 ([1], табл.1.3.26); Кср=0.85 ([1], табл. 1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=14.663 А
Определим экономическицелесообразное сечение:
/> мм2 > 10 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36 ).
Увеличиваем сечениекабеля до q=16 мм2.
Iдоп.ном=50 А ([1], табл. 1.3.18).
Расчетный длительный токкабеля:
Iдоп=Кс.н.·Кср·Iдоп.ном=1·0.85·50=42.5 А,
где: Кс.н=1 ([1], табл.1.3.26); Кср=0.85 ([1], табл. 1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=24.06 А
Допустимый токтермической стойкости кабеля для времени действия 0.1 с основной релейнойзащиты (МТО) на Q14 равен:
/> кА,
где: С=94 А·с2/мм2 – длякабелей с алюминиевыми однопроволочными жилами;
tс.з.=0.1 с – предполагаемое времядействия основной релейной защиты;
to.Q=0.1 c –полное время отключения выключателя КЛЭП;
τа=0.01 с –постоянная времени апериодической составляющей тока КЗ.
1.2 Выборкабеля линии W6
На основе данных выбираемтрансформаторы Т3 и Т4 марки ТСЗ-160/10 ([6], табл.3.3).
В нормальном режимеработы, при коэффициенте загрузки трансформатора Т4 равном 0.7, атрансформатора Т5 – 1, ток нагрузки будет равен:
/> А.
Максимально возможный токнагрузки (ток в ПАР) равен:
/> А.
Выбираем кабель на 6 кВмарки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура среды +350С).
/> А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительнодопустимый ток кабеля:
/> А,
где: /> ([1], табл. 1.3.26); /> ([1],табл.1.3.3).
Условие не выполняется: Iн.max=35.191 А > Iдоп=33.201 А, следовательно выбираем кабель сечением 16 мм2.
/> А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительнодопустимый ток кабеля:
/> А,
где: /> ([1], табл. 1.3.26); /> ([1],табл.1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=35.191 А
Определим экономическицелесообразное сечение:
/> мм2
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый токтермической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 0.1 сосновной релейной защиты (МТО) на Q14 равен:
/> кА.
1.3 Выборкабеля линии W5, питающей трансформатор Т3
Кабель питаеттрансформатор мощностью 160 кВА. В нормальном режиме работы, при коэффициентезагрузки трансформатора Т3 равном 0.7, ток нагрузки будет равен:
/>А.
Максимально возможный токнагрузки (ток в ПАР) равен:
/>А.
Выбираем кабель на 6 кВмарки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура среды +350С).
/> А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительнодопустимый ток кабеля:
/> А,
где: /> ([1], табл. 1.3.26); /> ([1],табл.1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=20.528 А
Определим экономическицелесообразное сечение:
/> мм2
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый токтермической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 0.1 сосновной релейной защиты (МТО ) на Q13 равен:
/> кА.
1.4 Выборкабелей, питающих асинхронные двигатели (АД) М1 и М2, М3 и М4
Номинальный ток АД серииАТД исполнения 2АЗМ1-800/6000УХЛ4 ([6], табл. 4.6):
/> А,
где: />кВт – номинальнаяактивная мощность АД ([6], табл. 4.6);
/> кВ – номинальное напряжение АД([6], табл. 4.6);
/> – коэффициент мощности ([6],табл. 4.6);
/> – номинальный коэффициентполезного действия АД ([6], табл. 4.6).
Выбираем кабель на 6 кВмарки ААГ-3×70 для прокладки в канале (температура среды +350 С).
/>А ([1], табл.1.3.18).
Расчётный длительнодопустимый ток кабеля:
/> А.
Условие выполняется: Iном.М=89.283 А
Определяем экономическицелесообразное сечение:
/>мм2
При использовании кабелясо сплошными жилами допустимый ток термической стойкости для предполагаемоговремени действия 0.1 с основной релейной защиты (МТО) равен:
/> кА.
1.5 Выборкабелей линий W3 и W4
Линия питаеттрансформатор Т3 мощностью 160 кВА и АД М3 мощностью 800 кВт. В нормальномрежиме работы ток в линии равен:
Iн.W3=Iн.W5+Iном.М3=24.927+89.283=114.21 А.
Максимально возможный токнагрузки (ток в ПАР) равен:
Iн.max=2·Iн.W3+Iн.W6'=2·114.21+14.663= 243.083 А.
Определяем допустимый токкабеля :
/> А,
где: Кп=1.35, принимаякоэффициент загрузки линии в нормальном режиме Кз=0.6 и время ликвидации аварииравным 3 ч ([1], табл.1.3.2);
Кс.н.=0.93, принимаяпрокладку кабелей к РП в одной траншее (земле), лежащих рядом на расстоянии 300 мм ([1], табл.1.3.26);
Кср=1.0, для нормальнойтемпературы среды (+150 С) ([1], табл.1.3.3).
Выбираем кабель на 6 кВмарки ААШв-3×95 для прокладки в земле (температура среды +150 С).
/> А ([1], табл. 1.3.16).
Условие выполняется:
Iдоп.ном =225 А > Iдоп=193.6 А.
Определим экономическицелесообразное сечение:
/> мм2
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый токтермической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 1.2 сосновной релейной защиты (МТЗ) на Q3 равен:
/> кА.
1.6 Выборсечения провода воздушной линии питающей РУ
Питание РУ осуществляетсяпо двум ВЛЭП длиной 0.75 км. В свою очередь РУ питает 2 трансформатора ТM-6300/10. Номинальный токтрансформатора равен:
/> А.
Максимально возможный ток(ток в ПАР) равен:
Iн.max=2·Iном.Т=2·364=728 А.
Выбираем провод марки АСсечением 330 мм2 – Iдоп=730 А ([1],табл. 1.3.29).
2.Предварительный расчет токов КЗ
Исходная схемаэлектроснабжения и схема замещения для расчёта токов КЗ представлены на рис. 2и рис. 3 соответственно.
Выбранные кабели проверимна термическую стойкость при КЗ (для одиночных кабелей при КЗ в начале кабеляили при КЗ за пучком кабелей при их параллельном соединении). Расчет токовпроведем для 3х точек: К-1, К-2 и К-3. Расчёт токов КЗ производится вименованных единицах.
/>
2.1Определение сопротивления элементов схемы замещения, приведённые к напряжению Uб= 6.3 кВ
1) Сопротивление системы:
/> Ом,
где: />кВ — среднее напряжениена котором находится система.
2) Сопротивлениевоздушной линии 10 кВ:
/>Ом,
где: />Ом/км — удельноесопротивление линии.
3) Сопротивлениетрансформаторов Т1 и Т2 ТM-6300/10:
/>Ом.
4) Активное и реактивноесопротивления кабельных линий W3 и W4:
/>Ом;
/>Ом,
где: xуд, rуд — удельные сопротивления кабеля ([5], табл. 3.5).
5) Сопротивлениеасинхронных двигателей М1, М2, M3 иМ4 (Рном.М1=800 кВт) при номинальной нагрузке:
/>Ом.
6) Активное и реактивноесопротивления линии W5:
/>Ом;
/>Ом.
7) Активное и реактивноесопротивления линии W6:
/>Ом;
/>Ом.
2.2 Расчет токаКЗ в точке К-1
Суммарное сопротивлениеот энергосистемы до точки К-1 равно:
/>Ом.
Начальное значениепериодической составляющей тока в месте КЗ со стороны системы:
/>кА.
Начальное значениепериодической составляющей тока в месте КЗ со стороны асинхронных двигателей М1и М2:
/>кА.
Определяем необходимостьучета подпитки от АД:
/>,
что больше 2 и подпиткаот АД учитывается.
Суммарное значениепериодической составляющей тока в точке К-1 (в начале КЛЭП W3):
/> кА кА.
Таким образом, />кА кА.
Вывод: Для обеспеченияпрохождения периодической составляющей тока КЗ в точке КЗ К-1 кабель сечением 95мм2 подходит.
2.3 Расчет токаКЗ в точке К-2
Результирующеесопротивление со стороны энергосистемы для точки К-2:
/>Ом.
Токи трёхфазного КЗ нашинах РП со стороны энергосистемы и двигателей при включенном секционномвыключателе QB2:
/>кА;
/>кА.
Определяем необходимостьучета подпитки от АД:
/>,
что больше 2 и подпиткаот АД учитывается.
Суммарное значениепериодической составляющей тока в точке К-2 (в начале КЛЭП W5 и W6):
/> кА > />кА.
Ток термической стойкостикабеля W6 равен IтерW6=3.282кА, а кабеля W5 – IтерW5=2.051.Следовательно сечение этих кабелей увеличим до q=35 мм2, тогда:
/>кА.
Заново считаем:
/>Ом;
/>Ом,
где /> – новые удельныесопротивления кабелей ([5], табл. 3.5).
Таким образом, />кА кА.
Вывод: Для обеспеченияпрохождения периодической составляющей тока КЗ в точке КЗ К-2 сечение кабелей W5 и W6 мы вынуждены увеличить до 35 мм2.
2.4 Расчеттока КЗ в точке К-3
Результирующеесопротивление со стороны энергосистемы для точки К-3:
/>Ом
Начальное значениепериодической составляющей тока в месте КЗ:
/>кА > />кА.
Увеличиваем сечениекабеля отходящего от РП: />мм2, тогда:
/>кА.
Заново считаем:
/>Ом;
/>Ом,
где /> – новые удельныесопротивления кабеля ([5], табл. 3.5).
Таким образом />кА кА.
3. Уточненныйрасчет токов КЗ
Исходная схемараспределительной сети представлена на рис. 4.
В дальнейшем на всехсхемах замещения, начиная со схемы на рис. 4, в скобках указаны сопротивленияэлементов схемы в именованных единицах в минимальном режиме для определенияминимальных значений токов КЗ, а без скобок — в максимальном режиме.
/>
3.1 Расчеттока КЗ в точке К-1
1) Рассчитаем реактивныесопротивления силового трансформатора ГПП с учётом работы устройства РПН.
Напряжения,соответствующие крайним ответвлениям:
/>кВ;
/>кВ,
где: ΔUрпн=10 % – ступень регулированиятрансформатора ([13] табл. П1.2).
Сопротивлениятрансформаторов в максимальном и минимальном режимах:
/>Ом;
/>Ом,
где: Uk%T1max=6.9 –максимальное сопротивление короткого замыкания трансформатора ([13] табл.П1.2);
Uk%T1min=6.2 –минимальное сопротивление короткого замыкания трансформатора ([13] табл. П1.2).
Определим наименьшее инаибольшее сопротивления трансформатора, отнесенные к стороне 6.3 кВ:
/>Ом
/>Ом
2) Результирующеесопротивление от системы до точки К-1 максимальном и минимальном режимах:
/>Ом;
/>Ом.
3) Максимальное иминимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-1:
/>кА;
/>кА.
4) Минимальный токдвухфазного КЗ в точке К-1:
/>кА.
3.2 Расчеттока КЗ в точке К-2
1) Максимальное иминимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-2:
/>кА;
/>кА.
2) Минимальный токдвухфазного КЗ в точке К-2:
/>кА.
3.3 Расчеттока КЗ в точке К-3
1) Результирующеесопротивление от системы до точки К-3 максимальном и минимальном режимах:
Ом; />
Ом. />
2) Максимальное иминимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-3:
/>кА;
/>кА.
3) Минимальный токдвухфазного КЗ в точке К-3:
/>кА.
3.4 Расчеттока КЗ в точке К-4
1) Результирующеесопротивление от системы до точки К-4 максимальном и минимальном режимах:
/>
/>
2) Максимальное иминимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-4:
/>кА;
/>кА.
3.5 Расчеттока КЗ в точке К-5
1) Расчет результирующегосопротивления от системы до точки К-5 в максимальном режиме. Определим полноесопротивление трансформатора Т3, приведенное к стороне ВН:
/>Ом.
Активное сопротивлениетрансформатора Т3, приведенное к стороне ВН:
/>Ом.
Индуктивное сопротивлениетрансформатора Т3, приведенное к стороне ВН:
/>Ом.
Результирующее полноесопротивление от системы до точки К-5 в максимальном режиме:
/>
2) Максимальное значениетока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-5 приведенное к стороне ВН (Uвн=6.3 кВ):
/>кА.
Максимальное значениетока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-5 приведенное к стороне НН (Uнн=0.4 кВ):
/>кА.
3) Определим суммарноеполное сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
Суммарное активноесопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
/>мОм,
где: />мОм – активноесопротивление от системы до цехового трансформатора отнесенное к стороне НН;
/>Ом – активное сопротивление отсистемы до цехового трансформатора отнесенное к стороне ВН;
/>мОм – активное сопротивление цеховоготрансформатора, приведенное к стороне НН;
/>мОм – активное сопротивлениешинопровода типа ШРА73 (250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ,протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
гкв=0.65 мОм – активноесопротивление токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)([12] табл. 2.4);
rк=1 мОм – активное сопротивлениеконтактов коммутационных аппаратов цепи КЗ;
rп=15 мОм – активное переходноесопротивление дуги в разделке кабеля, отходящего от секции шин 0.4 кВ ([12]табл. П2.2).
Суммарное индуктивноесопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
/>мОм,
где: />мОм – индуктивноесопротивление от системы до цехового трансформатора в минимальном режиме приведенноек стороне НН;
/>мОм – индуктивное сопротивление отсистемы до цехового трансформатора в минимальном режиме приведенное к сторонеВН;
/>мОм – индуктивное сопротивление цеховоготрансформатора, приведенное к стороне НН;
/>мОм – индуктивное сопротивлениешинопровода типа ШРА73 (250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ, протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
xкв=0.17 мОм – индуктивноесопротивление токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)([12] табл. 2.4).
4) Минимальное значениетока трехфазного КЗ вблизи секции шин 0.4 кВ с учетом активного сопротивлениядуги:
/>кА.
Минимальное значение токатрехфазного КЗ в точке К-5, отнесенное к стороне ВН:
/>кА.
3.6 Расчеттока КЗ в точке К-6
1) Расчет результирующегосопротивления от системы до точки К-6 в максимальном режиме. Определим полноесопротивление трансформатора Т5, приведенное к стороне ВН:
/>Ом.
Активное сопротивлениетрансформатора Т5, приведенное к стороне ВН:
/>Ом.
Индуктивное сопротивлениетрансформатора Т5, приведенное к стороне ВН:
/>Ом.
Результирующее полноесопротивление от системы до точки К-6 в максимальном режиме:
/>
2) Максимальное значениетока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-6 приведенное к стороне ВН (Uвн=6.3 кВ):
/>кА.
Максимальное значениетока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-6 приведенное к стороне НН (Uнн=0.4 кВ):
/>кА.
3) Определим суммарноеполное сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
Суммарное активноесопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
/>мОм,
где: />мОм – активноесопротивление от системы до цехового трансформатора отнесенное к стороне НН;
/>Ом – активное сопротивление отсистемы до цехового трансформатора отнесенное к стороне ВН;
/>мОм – активное сопротивление цеховоготрансформатора, приведенное к стороне НН;
/>мОм – активное сопротивлениешинопровода типа ШРА73 (250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ,протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
rкв=0.65 мОм – активное сопротивлениетоковых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)([12] табл. 2.4);
rк=1 мОм – активное сопротивлениеконтактов коммутационных аппаратов цепи КЗ;
rп=15 мОм – активное переходноесопротивление дуги в разделке кабеля, отходящего от секции шин 0.4 кВ ([12]табл. П2.2).
Суммарное индуктивноесопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
/>мОм,
где: />мОм – индуктивноесопротивление от системы до цехового трансформатора в минимальном режиме приведенноек стороне НН;
/>Ом – индуктивное сопротивление отсистемы до цехового трансформатора в минимальном режиме приведенное к сторонеВН;
/>мОм – индуктивное сопротивление цеховоготрансформатора, приведенное к стороне НН;
/>мОм – индуктивное сопротивлениешинопровода типа ШРА73 (250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ, протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
xкв=0.17 мОм – индуктивноесопротивление токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)([12] табл. 2.4).
4) Минимальное значениетока трехфазного КЗ вблизи секции шин 0.4 кВ с учетом активного сопротивлениядуги:
/>кА.
Минимальное значение токатрехфазного КЗ в точке К-5, отнесенное к стороне ВН:
Таблица 2.1.Ток КЗ К-1 К-2 К-3 К-4 К-5 К-6
/>, кА 17.877 13.248 9.931 7.766 0.260 0.259
/>, кА 17.135 12.877 9.764 7.683 0.219 0.197
/>, кА 14.839 11.152 8.456 6.653 — —
4. Приближенноеопределение токов самозапуска промышленной нагрузки
4.1 Расчеттока самозапуска отходящей от РП линии W5
Сопротивление обобщеннойнагрузки, отнесенное к номинальной мощности трансформатора и среднему значениюмеждуфазного напряжения стороны ВН:
/>Ом,
где: x*н=0.35 – сопротивление обобщеннойнагрузки [12].
В соответствии со схемойзамещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
Ток самозапуска:
/>А.
Коэффициент самозапуска:
/>,
где: />А – номинальный токтрансформатора Т3.
4.2 Расчеттока самозапуска линии W6'
Сопротивление обобщеннойнагрузки, отнесенное к номинальной мощности трансформатора и среднему значениюмеждуфазного напряжения стороны ВН:
/>Ом,
В соответствии со схемойзамещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
Ток самозапуска:
/>А.
Коэффициент самозапуска:
/>,
где: />А – номинальный токтрансформатора Т5.
4.3 Расчеттока самозапуска отходящей от РП линии W6
Ток самозапуска равен:
/>А.
Эквивалентноесопротивление нагрузки при самозапуске:
/>Ом.
В соответствии со схемойзамещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
/>Ом
Ток самозапуска:
/>А.
Коэффициент самозапуска:
/>,
где: Iн.сум.W6= Iном.T4+ Iном.T5=14.663+14.663=29.326А – номинальный ток линии W6.
4.4 Расчеттока самозапуска смешанной нагрузки линии W3, питающей РП
Пусковой суммарный ток:
/>А,
где: kп=5.2 – кратность пускового двигателяасинхронного электродвигателя М3 ([6] табл. 4.6).
Эквивалентноесопротивление нагрузки при самозапуске:
/>Ом.
В соответствии со схемойзамещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
/>Ом.
Ток самозапуска:
/>А.
Коэффициент самозапуска:
/>,
где: />А – номинальныйсуммарный ток двигателя и остальной нагрузки.
4.5 Расчеттока самозапуска смешанной нагрузки линии W4, питающей РП.
Пусковой суммарный ток:
/>А,
где: kп=5.2 – кратность пускового двигателяасинхронного электродвигателя М4([6] табл. 4.6).
Эквивалентноесопротивление нагрузки при самозапуске:
/>Ом.
В соответствии со схемойзамещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
/>Ом.
Ток самозапуска:
/>А.
Коэффициент самозапуска:
/>,
где:/>А номинальный суммарныйток двигателя и остальной нагрузки линии.
5. Расчетустановок релейной защиты
5.1 Расчётустановок релейной защиты асинхронных двигателей М3 и М4 марки2АЗМ-800/6000УХЛ4
На асинхронныхэлектродвигателях напряжением выше 1000 В устанавливают защиту от следующихвидов повреждений и ненормальных режимов [1]: многофазных КЗ в обмотке статораи на ее выводах; замыканий на землю в обмотке статора; токов перегрузки; потерипитания. Защиту от многофазных замыканий устанавливают на всех АД, онадействует на отключение АД.
5.1.1 Защитаот междуфазных повреждений
В качестве основнойзащиты от междуфазных КЗ предусматриваем токовую отсечку с использованием релеРТ-80. Составляющая сверхпереходного тока от электродвигателя, протекающаячерез трансформатор тока при внешнем КЗ при условии, что до КЗ электродвигательработал с номинальной нагрузкой:
/>А,
где: />А – номинальный ток АД;
/> – кратность пускового тока АД([6] табл. 4.6).
Ток срабатывания релеотсечки рассчитывается по выражению:
/>А,
где: /> – коэффициентотстройки, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ и погрешность релеРТ-80;
/> – коэффициент схемы при включенииреле на фазные токи трансформаторов тока;
/> – коэффициент трансформациитрансформатора тока.
Определяемчувствительность защиты:
/>.
5.1.2 Защитаот замыкания на землю обмотки статора
Необходимо определитьустановки токовой защиты от замыкания на корпус обмотки статора асинхронногоэлектродвигателя, подключенного к сети с изолированной нейтралью. Суммарныйемкостной ток сети по условию задания />А. Электродвигатель связан с РПлинией сечением 70 мм2 длиной 50 м. Реле защиты подключено к ТТНП типа ТЗЛМ.
Емкость фазы статорадвигателя определяется по выражению:
/>Ф,
где: />МВА – номинальная полнаямощность электродвигателя;
Uном.М3=6 кВ – номинальное напряжениеэлектродвигателя.
Собственный емкостной токэлектродвигателя вычисляется по формуле:
/>А,
Емкостной ток линии,входящей в зону защиты, определяется по выражению:
/>А,
где: />А/км — собственныйемкостной ток единицы длины линии ([13] табл. 3);
l=0.05 км – длина линии;
m=1 – число проводов кабелей в фазелинии.
Установившееся значениесобственного емкостного тока защищаемого присоединения определяется как суммаемкостных токов электродвигателя и линии от места установки ТТНП до линейныхвыводов электродвигателя:
/>А.
Первичный токсрабатывания защиты определяем по выражению:
/>А,
где: kо=1.3 – коэффициент отстройки,принимаемый равным 1.2¸1.3;
kб=2.5 – коэффициент, учитывающийбросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуг. Для реле типаРТЗ-51 kб = 2¸2.5.
Так как полученноезначение />Аоказывается меньше />А ([13] табл. 5), защитуприходится загрубить, приняв />А. Согласно ПУЭ не требуетсяпроверка чувствительности защиты ЭД от однофазных замыканий на землю.Рекомендуется обеспечивать условие:
/>
5.1.3 Защитаот потери питанияДляЭД неответственных механизмов предусматривается защита минимального напряженияс действием на отключение с выдержкой времени 0.5 – 1.5 с.Напряжение срабатывания защиты:
/>В.
При номинальном вторичномнапряжении трансформаторов напряжения 100 В: />В.
5.1.4. Защитаот перегрузки
Ток срабатывания реле МТЗэлектродвигателя рассчитывается по выражению:
/>А,
где: /> – коэффициент отстройкипри действии МТЗ на отключение;
/> – коэффициент возвратаиндукционной части реле серии РТ-80.
Принимаем уставку по току/>А. Тогдакратность отсечки составит />, что выполнимо для этих реле.
Выдержка времени МТЗ отперегрузки выбирается из условия надёжного несрабатывания защиты при пускеэлектродвигателя:
/>с,
где: />с – время пуска дляэлектродвигателя.
Проверка на 10%-нуюпогрешность производится по методике с помощью кривой предельных кратностей.
Рассчитываетсяфактическое сопротивление нагрузки на ТА1 при двухфазном КЗ на выводах 6 кВсилового трансформатора, т.е. в зоне действия МТЗ, по выражению:
/>Ом,
где: />Ом – сопротивлениепроводов от трансформатора тока до реле;
/>Ом – сопротивление переходныхконтактов;
/>Ом – сопротивление реле РТ приуставке реле 7А. Здесь S — потребляемая мощность реле РТ при втянутом якоре и токе срабатывания (по каталогузавода-изготовителя).
/>Ом — сопротивлениедешунтированного реле РТМ, выполняющего роль ЭО.
Максимальная кратность:
/>
Таким образом />Ом (/>) больше чемдопустимое значение />Ом (/>) и следовательно, погрешностьтрансформатора тока больше 10%. Отсюда погрешность f=66% (/>) ([13] рис.П6.1).
Коэффициент чувствительностиреле отсечки после дешунтирования ЭО:
/>
Чувствительностьоднорелейной отсечки ЭД обеспечивается при реальной погрешности ТТ.
5.2 Выборвводного QF1(QF2) и секционного QF3 выключателей и расчет их установок
Номинальный ток обмоткиНН силового трансформатора Т3 равен:
/>А.
Этому значениюсоответствует ток самозапуска:
/>А,
где: kсзп=2.479 – коэффициент самозапускалинии W5.
С учетом допустимойперегрузки трансформатора максимальный ток нагрузки равен:
/>А.
Максимальное иминимальное значения тока при трехфазном КЗ за трансформатором в точке К-5,отнесенные к напряжению 0.4 кВ, равны:
/>кА,
/>кА.
Ток срабатывания защитыот перегрузки вводного выключателя серии ВА с полупроводниковым расцепителемБПР равен:
/>А.
Принимаем выключательВА53-41 с номинальным током Iном.в=400А ([13] табл. П.3.1). Выбираем номинальный ток расцепителя:
/>А,
что соответствует токусрабатывания защиты от перегрузки:
/>А,
Установку по шкалевремени принимаем 4 с при токе 6Iном.расц,при которой время срабатывания защиты от перегрузки tс.п в режиме самозапуска при кратности тока 572.501/252=2.27по характеристике ([13] рис. П.3.1) не превышает 50 с. Таким образом, условиедля тяжелых условий пуска (самозапуска) нагрузки выполняется.
Произведем выбор токасрабатывания селективной отсечки вводного выключателя QF1 (QF2)по следующим условиям.
По условию несрабатыванияпри самозапуске нагрузки:
/>А.
По условию несрабатываниязащиты питающего секцию ввода QF1,при действии АВР секционного выключателя QF3, подключающего к этой секции нагрузку другой секции,потерявшей питание:
/>А,
где: kо=1.5 – коэффициент отстройки.
Iсзп2=572.501 А – ток самозапускасекции, потерявшей питание и включившейся от АВР.
kн=1.0 – коэффициент, учитывающийувеличение тока двигателей не терявшей питание секции при снижении напряжениявследствие подключения нагрузки другой секции. При небольшой доле двигательнойнагрузки равен 1.0.
kз=0.7 – коэффициент загрузкитрансформатора.
Принимаем установку пошкале равной 5, что соответствует току срабатывания отсечки.
Чувствительность отсечкипри КЗ в точке К-5:
/>,
где: 1.1 – коэффициентзапаса;
/> – коэффициент разбросасрабатывания отсечки по току ([9] табл. 33).
Условие чувствительностивыполняется.
Произведем проверкувыбранного выключателя о условию электродинамической стойкости при значении kуд=1.7 ([14] табл. 2.45):
/>кА.
Условиеэлектродинамической стойкости при КЗ выполняется.
Время срабатыванияотсечки для QF1 и QF2 устанавливаем 0.3 с, а для QF3 – 0.2 c.
5.3 Расчет защиты блока линия – трансформатор W5-T3.
Исходнаясхема для выбора установок релейной защиты блока представлена на рис.4.
/>
Вданном случае релейная защита на стороне 6.3 кВ может быть выполнена с помощьювторичных реле тока типа РТВ и РТМ так как на РП предусматривается установкавыключателей типа ВМПП-6.
Первичный токсрабатываниямаксимальной токовой защиты МТЗ на Q13 по условиюнесрабатывания РЗ при включении дополнительной нагрузки устройством АВР (QF3):
Поусловию обеспечения несрабатывания МТЗ при восстановлении питания действием АВРпосле безтоковой паузы:
/>A.
По условию возвратапусковых органов защиты в начальное положение после их срабатывания приотключении внешнего КЗ:
/>A.
Принимаем />А.
Производитсясогласование МТЗ на Q13 блока W5-T3 с отсечкой автоматического выключателя QF1:
-токсрабатывания автоматического выключателя QF1, приведенный к стороне 6.3 кВ:
/>А.
/>А .
где: /> – коэффициентнадежности согласования реле типа РНТ с автоматическим выключателем ВА [13].
Окончательно принимаем />А.
При коэффициентетрансформации трансформаторов тока ТА1 /> ток срабатывания реле РТВ (1, 2,3) будет равен:
/>А.
При установке трёх релеРТВ в схеме неполной звезды чувствительность защиты одинакова при трёхфазном ивсех видах двухфазного КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток D//>[13]:
/>
При однофазном КЗ наземлю на стороне 0.4 кВ через реле МТЗ на стороне 6.3 кВ проходит ток в /> раз меньший,чем при трёхфазном КЗ ([8], табл.2-3).
В данном случае должнапредусматриваться специальная токовая защита от КЗ на землю на стороне 0.4 кВ.
Ток срабатывания отсечкивыбирается по условию отстройки от максимального значения тока КЗ затрансформатором. При установке двух реле РТМ (4, 5 на рис.4) ток срабатыванияотсечки:
/>кА.
Коэффициентчувствительности отсечки определяется при двухфазном КЗ на выводах 6 кВсилового трансформатора (точка К-3) при условии, что погрешность трансформаторатока ТА1 не превышает 10 % [8]:
/>.
Определение коэффициентачувствительности с учетом реальной погрешности трансформаторов тока.
Вначале принимаем типовуюсхему с совместным включением реле РТВ и РТМ на одну обмотку класса Ртрансформатора тока 6 кВ типа ТПЛ.
Проверка на 10%-нуюпогрешность производится по методике с помощью кривой предельных кратностей />. Предельнаякратность определяется по выражению:
/>.
Этому значению К10соответствует />Ом, при котором />, а токовая погрешность f несколько меньше 10% ([13] рис.П6.1).
Рассчитываетсяфактическое сопротивление нагрузки на ТА1 при двухфазном КЗ на выводах 6 кВсилового трансформатора, т.е. в зоне действия МТЗ, по выражению:
/>Ом,
где: />Ом – сопротивление релеРТМ при уставке реле 20 А />.
/>Ом – сопротивление реле РТВ притоке срабатывания />А.
Таким образом, />Ом больше чемдопустимое значения />Ом, и следовательно, погрешностьтрансформатора тока большее 10% .
/>А
Определяемчувствительность отсечки с учётом действительной погрешности трансформаторовтока. Погрешность трансформаторов тока f определяется при максимальном токе КЗ. При коэффициентечувствительности равном 1.5 для токовой отсечки блока линия — трансформатор:
Максимальная кратностьтока:
/>
Допустимое значениепредельной кратности /> при определённом значении />Ом. Коэффициент/>, отсюда погрешностьf=45% ([13] рис.П6.2).
Коэффициентчувствительности отсечки при двухфазном КЗ в точке К-3:
/>
Чувствительностьобеспечивается при реальной погрешности. Таким образом, отсечку можно считатьосновной защитой блока, такая схема защиты может быть использована при заданныхусловиях. Термическая стойкость кабеля W5 обеспечивается.
Расчет токовой защиты отоднофазных замыканий на землю в обмотке или на выводах трансформатора, а так жепитающей линии 6 кВ.
Емкостный ток линииопределяется как:
/>А.
Первичный токсрабатывания защиты, выполненной на реле типа РТЗ-51, выбирается из условиянесрабатывания защиты от броска собственного емкостного тока линий при внешнемперемежающемся замыкании на землю:
/>А,
где: ko=1.2 – коэффициент отстройки;
kб=2.5 – коэффициент, учитывающийбросок собственного емкостного тока.
Чувствительность защиты:
/>.
Расчет специальнойтоковой защиты нулевой последовательности на стороне НН трансформатора.
Ток срабатыванияспециальной токовой защиты нулевой последовательности от КЗ на землю на сторонеНН трансформатора выбирается из условия отстройки токов небаланса в нулевомпроводе, куда включен трансформатор тока с реле KAZ (рис.4):
/>А,
где: kо=1.5 – коэффициент отстройки;
Iнб=0.75ּIном.Т3=0.75ּ14.663=10.997 А – допустимое значениетока небаланса по ГОСТ 11677-85 [8].
Коэффициентчувствительности:
/>,
где: />А – ток однофазного КЗза трансформатором.
5.4 Выборплавких предохранителей для защиты трансформаторов Т4 и Т5 магистральногоучастка сети
На стороне 6 кВтрансформаторов Т3 и Т4 выбираем кварцевые предохранители 6 кВ типаПКТ101-6-20-20У3, номинальный ток которого Iном=20 А. Ток отключения 20 кА значительно больше, чеммаксимальный ток КЗ в точке К-3, равный 9.931 кА.
5.5 Расчет защиты магистрального участка сети W6-T4, W6'-T5
5.5.1 Расчет максимальной токовой защиты
Токзащиты на Q14 выбирается по наиболее тяжеломуусловию обеспечения несрабатывания на отключение защиты линии W6 при послеаварийных перегрузках.
Первичныйток срабатывания МТЗ на Q14при отключении трехфазного КЗ на отходящем элементе (точка К-6 рис.3) заведомоменьше, чем при других послеаварийных режимах.
Первичный токсрабатываниямаксимальной токовой защиты МТЗ на Q14 по условиюнесрабатывания РЗ при включении дополнительной нагрузки устройством АВР (QF3):
/>
где: /> – коэффициент отстройкидля реле РТВ;
/>– коэффициент возврата реле РТВ;
kн=1.0 – коэффициент, учитывающийувеличение тока двигателей не терявшей питание секции при снижении напряжениявследствие подключения нагрузки другой секции. При небольшой доле двигательнойнагрузки равен 1.0;
kз=0.7 – коэффициент загрузкитрансформатора;
/>– коэффициент самозапуска линии W6.
/>
Поусловию обеспечения несрабатывания МТЗ при восстановлении питания действием АВРпосле безтоковой паузы:
/>A,
где:Iн.max=1.4ּIном.Т4+ Iном.Т5=1.4ּ14.633+14.633=35.191 А – максимальныйток нагрузки линии W6.
Исходя из условиясогласования по току с предохранителями принимаем />А.
Токсрабатывания реле РТВ равен:
/>А.
Производитсясогласование МТЗ на Q14 магистрального участка с отсечкой автоматического выключателяQF2:
-токсрабатывания автоматического выключателя QF2, приведенный к стороне 6.3 кВ:
/>А.
/>А .
где: /> – коэффициентнадежности согласования реле типа РНТ с автоматическим выключателем ВА [13].
Окончательно принимаем />А.
Приступени селективности 0.6 с МТЗ на Q14 должна иметь выдержку времени в независимой части:
tс.з.Q14 ≥ tпл+tгор+Δt=0.05+0.05+0.6=0.7 c,
где: tпл=0.05 с – время плавленияпредохранителя три токе КЗ равном 9.931 кА (точка К-3);
tгор=0.05 с – времягорения дуги;
Δt=0.6с – ступень селективности.
ЧувствительностьМТЗ на Q14 в основной зоне:
/>
5.5.2 Расчет селективной токовой отсечки
Отстройкаот максимального тока внешнего КЗ:
/>кА.
Проверяется надежностьотстройки отсечки от броска тока намагничивания трансформаторов:
/>А.
Коэффициентчувствительности отсечки определяется при двухфазном КЗ на выводах 6 кВсилового трансформатора (точка К-4) при условии, что погрешность трансформаторатока ТА1 не превышает 10 % [8]:
/>.
5.5.3 Проверка на десятипроцентную погрешность
Проверка на 10%-нуюпогрешность производится по методике с помощью кривой предельных кратностей />. Предельнаякратность определяется по выражению:
/>
Этому значению К10соответствует />Ом, при котором />, а токовая погрешность f несколько меньше 10% ([13] рис.П6.1).
Рассчитываетсяфактическое сопротивление нагрузки на ТА1 при двухфазном КЗ на выводах 6 кВсилового трансформатора, т.е. в зоне действия МТЗ, по выражению:
/>Ом,
где: />Ом – сопротивление релеРТМ при уставке реле 20 А />.
/>Ом – сопротивление реле РТВ притоке срабатывания />А.
Таким образом, />Ом больше чемдопустимое значения />Ом, и следовательно, погрешностьтрансформатора тока большее 10% .
/>А
Определяемчувствительность отсечки с учётом действительной погрешности трансформаторовтока. Погрешность трансформаторов тока f определяется при максимальном токе КЗ. При коэффициентечувствительности равном 1.5 для токовой отсечки блока линия — трансформатор:
Максимальная кратностьтока:
/>
Допустимое значениепредельной кратности /> при определённом значении />Ом. Коэффициент/>, отсюда погрешностьf=45% ([13] рис.П6.2).
Коэффициентчувствительности отсечки при двухфазном КЗ в точке К-3:
/>
Чувствительностьобеспечивается при реальной погрешности. Таким образом, отсечку можно считатьосновной защитой магистрального участка, такая схема защиты может быть использованапри заданных условиях.
5.5.4 Расчеттоковой защиты от однофазных замыканий на землю в обмотке или на выводахтрансформатора, а так же питающей линии 6 кВ
Емкостный ток линииопределяется как:
/>А.
Первичный токсрабатывания защиты, выполненной на реле типа РТЗ-51, выбирается из условиянесрабатывания защиты от броска собственного емкостного тока линий при внешнемперемежающемся замыкании на землю:
/>А,
где: ko=1.2 – коэффициент отстройки;
kб=2.5 – коэффициент, учитывающийбросок собственного емкостного тока.
Чувствительность защиты:
/>.
5.5.5 Расчетспециальной токовой защиты нулевой последовательности на стороне ННтрансформаторов Т4 и Т5
Ток срабатыванияспециальной токовой защиты нулевой последовательности от КЗ на землю на сторонеНН трансформаторов Т4 и Т5 выбирается из условия отстройки токов небаланса внулевом проводе, куда включен трансформатор тока с реле KAZ (рис.4):
/>А,
где: kо=1.5 – коэффициент отстройки;
Iнб=0.75ּIном.Т4=0.75ּ14.663=10.997 А – допустимое значениетока небаланса по ГОСТ 11677-85 [8].
5.6 Расчет уставок АВР на секционном выключателе QB2
Расчет тока срабатыванияМТЗ.
По условию согласования снаиболее грубой МТЗ на выключателе Q14 магистрального участка
/>А,
где: kн.с.=1.5 – для реле типа РТВ.
По условию обеспечениянесрабатывания МТЗ при восстановлении питания после безтоковой паузы:
/>
где: ko=1.2...1.4 для реле типа РТВ.
Ближайшая уставка дляреле РТВ равна 10А (при />), таким образом, />А. Коэффициентычувствительности при КЗ в точках К-2 и К-4 больше требуемых, например для точкиК-3:
/>
С учётом редкого режимаработы через QB2 уставка по времени МТЗ-3 может бытьпринята />с.
5.7 Расчет защиты линии W3
Предусматриваетсяустановка защиты с реле тока косвенного действия типа РТ-81/1 с использованиемпостоянного оперативного тока.
5.7.1 Расчет уставок МТЗ на выключателе Q3
Производится согласованиепо чувствительности с МТЗ на секционном выключателе QB2 согласно условию 7.6 [12]:
/>А.
По условию несрабатыванияМТЗ, при действии АВР на QB2после повреждения линии W4 токсрабатывания МТЗ равен:
/>
где: k0 = 1.1…1.2 иkв=0.8 для реле РТ-80.
Производится согласованиес токовой отсечкой ЭД М3 при включенном секционном выключателе QB2:
/>
При этом наибольший токнагрузки учитывается, если остаточное напряжение на шинах РП оказывается нениже 0.8Uном
/>
где: />МВА – полная мощность КЗв точке К-2.
При /> ближайшая уставка нареле РТ-80 равна 9 А, таким образом />А.
Проверяемчувствительность защиты в основной зоне в точке К-2:
/>
Проверяемчувствительность защиты в резервной зоне в точке К-3:
/>.
Время срабатывания:
tc.з.Q3= tc.з.QB2+Δt=0.7+0.6=1.3 c.
В данном случаеселективная мгновенная отсечка, отстроенная от максимального тока КЗ в точкеК-2, не проходит по чувствительности при КЗ в точке К-1 (в начале линии W3), поэтому следует выполнитьнеселективную отсечку в сочетании с АВР на QB1.
Ток срабатывания отсечкиравен:
/>
где: kост = 1.0, если принять Uост = 0.5.
При токе срабатыванияреле отсечки:
/>А,
кратность отсечки равна44.1/9 = 4.9, что выполнимо на реле РТ-81/1(диапазон от 2 до 8).
Вывод
1.Выбранная коммутационная и защитная аппаратура обеспечивает термическую иэлектродинамическую стойкость электрооборудования и силовых кабелей при возникновениитоков КЗ.
2.Зависимые времятоковые характеристики защитных устройств на смежных элементахсети хорошо согласуются между собой по условию селективности и обеспечиваютдостаточное быстродействие при близких КЗ. Чувствительность релейной защитывнутризаводского электроснабжения удовлетворяет требованию ПУЭ.
3.Принятые технические решения отвечают требованиям действующих директивныхматериалов, стандартов и правил устройства электроустановок.
Списоклитературы
1. ПУЭ: МинэнергоСССР.- М.: Энергоатомиздат, 1986 г. — 648 с.
2. Справочник попроектированию электроэнергетических систем: Под ред. Рокотяна С.С. и ШапироИ.М. — М.: Энергоатомиздат, 1985 г. — 352 с.
3. Рожкова Л.Д.,Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987 г. — 648 с.
4. Справочник поэлектрическим установкам высокого напряжения: Под ред. И.А. Баумштейна, С.А.Бажанова. — М.: Энергоиздат, 1989 г. — 768 с.
5. А.А. Федоров,Л.Е. Старкова. Учебное пособие для курсового дипломного проектирования. — М.: Энергоатомиздат, 1987 г. — 368 с.
6. Неклепаев Б.Н.,Крючков Н.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. -М.:Энергоатомиздат, 1989 г. — 608 с.
7. Справочник поэлектроснабжению промышленных предприятий. / А.С. Овчаренко и др. Киев: Технiка, 1985 г. — 279 с.
8. Шабад М.А.Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. — Л.:Энергоатомиздат, 1985 г. — 296 с.
9. Беляев А.В. Выбораппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. — Л.: Энергоатомиздат, 1988 г. — 176 с.
10. Голоднов Ю.М.Самозапуск электродвигателей. — М.: Энергоатомиздат, 1985 г. — 136 с.
11. Сборникдирективных материалов по эксплуатации энергосистем (электрическая часть). — М.: Энергоиздат, 1981 г. — 632 с.
12. Скрипко В. К. Выбор электрооборудования и релейной защитывнутризаводского электроснабжения промышленных предприятий: Учебное пособие. –Омск: ОмГТУ, 2000 г. – 80 с.
13. Скрипко В. К. Релейная защита и автоматика системэлектроснабжения промышленных предприятий: Методические указания к курсовойработе. – Омск: ОмГТУ, 1994 г. – 32 с.