87267

Выбор и расчет устройств релейной защиты систем электроснабжения

Курсовая

Энергетика

Ключевые слова: релейная защита реле чувствительность ток короткого замыкания замыкание на землю. В ходе работы необходимо осуществить практическое применение и закрепление знаний полученных по курсу Релейная защита и автоматика систем электроснабжения продолжить приобретение навыков расчётной...

Русский

2015-04-18

242.42 KB

28 чел.

ТЕМА: Выбор и расчет устройств релейной защиты систем электроснабжения

РЕФЕРАТ

Овчинникова А.С. Расчет защит системы электроснабжения. Руководитель работы - Мокеев А.В., к.т.н., доцент.

Курсовой проект. Пояснительная записка объемом  51 с. Содержит 2  рисунка, 19 таблицы,  13 источников, графическую часть – 1 лист формата А3. Состоит из 7 разделов.

Ключевые слова: релейная защита, реле, чувствительность, ток короткого замыкания, замыкание на землю.

Цель работы - выбор и расчет устройств релейной защиты для отдельных элементов системы электроснабжения. В ходе работы необходимо осуществить практическое применение и закрепление знаний, полученных по курсу «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения», продолжить приобретение навыков расчётной и проектной деятельности, углубить изучение аппараторв релейной защиты, электрических схем защиты.

Число                                              Подпись    

ОГЛАВЛЕНИЕ

            

ВВЕДЕНИЕ

  1.  ВЫБОР ЗАЩИТ

1.1

Выбор защит линии W1                                                                        

1.2

Выбор защит трансформатора Т1

1.3

Выбор защит трансформатора Т2

1.4

Выбор защит асинхронного двигателя М1

2

ВЫБОР ИСТОЧНИКОВ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА

3

РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

4

РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА Т2

4.1

Газовая защита

4.2

Токовая отсечка

4.3

Максимальная токовая защита от внешних замыканий

4.4

Специальная токовая защита нулевой последовательности

4.5

Максимальная токовая защита от перегрузки

4.6

Защита от замыканий на землю со стороны ВН

5

РАСЧЁТ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

5.1

Токовая отсечка

5.2

Защита от перегрузки

5.3

Защита от замыканий на землю

5.4

Защита минимального напряжения

6    РАСЧЁТ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА Т1

6.1

Газовая защита

6.2    

Дифференциальная защита

6.3

Максимальная токовая защита от внешних замыканий

6.4

Максимальная токовая защита от перегрузки

7   РАСЧЕТ ЗАЩИТЫ ВЛ 35 КВ

7.1

I ступень – токовая отсечка без выдержки времени

7.2

II ступень – токовая отсечка с выдержкой времени

7.3

III ступень – максимальная токовая защита

7.4

Защита от замыканий на землю со стороны ВН

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является  выбор и расчет устройств релейной защиты для отдельных элементов системы электроснабжения:

1. линии 35 кВ;

2. трансформатора 35/6 кВ мощностью 10 МВА;

3. трансформатора 6/0,4 кВ мощностью 2,5 МВА;

4. неответственного, подверженного перегрузке асинхронного двигателя 6 кВ мощностью 0,63 МВт.

В силу того, что данный курсовой проект имеет целью прежде всего приобретение практических навыков расчета элементов релейной защиты, то вопрос о реализации спроектированной системы защиты не стоит. Соответственно, допускается вести расчет аналоговых и электронных реле – откровенно устаревших физически и морально, -  а не микропроцессорных устройств, несмотря на их повсеместное применение на объектах систем электроснабжения.


1 ВЫБОР ЗАЩИТ

Согласно ПУЭ произведем выбор защит для элементов сети.

 

  1.  Выбор защит  линии  W1

На одиночных линиях 35 кВ с одностронним питанием от многофазных замыканий должны быть установлены преимущественно ступенчатые защиты тока. (п. 3.2.101, [1])

Трехступенчатая токовая защита включает в себя:

 I ступень - токовая отсечка без выдержки времени;

 II ступень - токовая отсечка с выдержкой времени;

 III ступень - МТЗ.

Также предусмотрим защиту от замыканий на землю со стороны ВН.

  1.  Выбор защит трансформатора Т1

Для трансформатора 35/6 кВ мощностью 10 МВ·А требуются следующие защиты:

защита от повреждения внутри бака трансформатора – газовая защита

трансформатора с действием на сигнал и отключение; (п. 3.2.53, [1])

защита от внутренних повреждений для трансформаторов мощности более 4 МВ·А – дифференциальная защита; (п. 3.2.54, [1])

защита от токов, обусловленных внешними многофазными КЗ, – МТЗ с блокировкой по напряжению или без неё. Она же используется как резервная защита трансформаторов от внутренних повреждений; (п. 3.2.59, [1])

защита от перегрузки с действием на сигнал. (п. 3.2.69, [1])

  1.  Выбор защит трансформатора Т2

Для трансформатора 6/0,4 кВ мощностью 2,5 МВА должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от повреждений и ненормальных режимов:

защита от повреждений внутри кожуха - газовая защита с действием на сигнал; (п. 3.2.53, [1])

защита от внутренних повреждений и повреждений на выводах - токовая отсечка без выдержки времени; (п. 3.2.54, [1])

защита от токов, обусловленных внешними многофазными  КЗ, - действующая на отключение МТЗ; (п. 3.2.60, [1])

защита от токов, обусловленных перегрузкой, - МТЗ с действием на сигнал; (п. 3.2.69, [1])

защита от однофазных замыканий на землю (при недостаточной чувствительности МТЗ от внешних КЗ) – СТЗНП. (п. 3.2.66, [1])

Также необходимо обеспечить защиту кабельной линии W5, питающей трансформатор, от замыканий на землю с действием на сигнал.

  1.  Выбор защит двигателя М1

Для защиты неответственного, подверженного перегрузке асинхронного двигателя мощностью 0,63 МВт: 

защита от многофазных КЗ - токовая отсечка; (п. 5.3.46, [1])

защита от перегрузки – МТЗ с действием на сигнал; (п. 5.3.49, [1])

защита от замыканий на землю – токовая защита нулевой последовательности; (п. 5.3.48, [1])

защита минимального напряжения (защита от потери питания). (п. 5.3.52, [1])

2  ВЫБОР ИСТОЧНИКА  ОПЕРАТИВНОГО  ТОКА

Наиболее надежным источником оперативного тока является аккумуляторная батарея. Поэтому питание защит трансформатора мощностью 2,5 МВА, трансформатора мощностью 10 МВА, асинхронного двигателя 6 кВ мощностью 0,63 МВт будет осуществляться постоянным оперативным током, при этом учитываем, что на крупных  предприятиях, как правило, имеются аккумуляторные батареи.


3 РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

  

С целью определения значений токов КЗ, соответствующих максимальному и минимальному режимам системы электроснабжения, составим схему замещения сети. Расчет произведем в именованных единицах; параметры элементов приведем к стороне 35 кВ.

Рисунок 1 – Схема задания

Рисунок 2 – Схема замещения системы электроснабжения

Сопротивления системы бесконечной мощности, соответствующие максимальному и минимальному режимам, определим в соответствии с токами КЗ на выводах источника питания:


 

где - среднее напряжение энергосистемы, кВ;

- ток трехфазного короткого замыкания в точке К1 в максимальном (минимальном) режиме, кА,

Сопротивление линий W1, W2, W3 и W4 при заданных в условии удельных параметрах определим согласно формуле, Ом:

где для всех линий 35 кВ по условию приняты удельные сопротивления

 Ом/км,   3 Ом/км;

Сопротивление кабельных линий W5, W6 и W7 определим по условию экономической плотности тока, найденного согласно формуле:

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами сечением мм2 :  Ом/км,   Ом/км.

Выбираем кабель с алюминиевыми жилами сечением мм2:  Ом/км,   Ом/км.

Для кабеля W7 по условию принято мм2:  Ом/км,  Ом/км.

Таблица 1 - Сопротивления линий

W1

W2

W3

W4

W5

W6

W7

Длина, км

35

45

12

8

1,2

0,2

0,02

Сопротивление, Ом

10,85+

j15,05

13,95+

j19,35

3,72+

j5,16

2,48+

j3,44

8,527+

j3,063

8,554+

j0,628

152,98+

j15,06

Параметры трансформаторов приведены в соответствии с паспортными данными.

Таблица 2 - Параметры  трансформаторов

SН, МВА

Схема соединения обмоток

UВН,кВ

UНН ,кВ

РХ, кВт

РК, кВт

UК, %

IХ, %

Т1:

ТМ-10000/35

10

Δ/Y

38,5

6,3

12

60

7,5

0,75

Т2

ТМ-2500/6

2,5

Δ/Y0

6

0,4

72,53

3,7

4,5

1,5

Сопротивления обмоток трансформаторов определим в соответствии с формулой:

где активное сопротивление  и реактивное сопротивления  определяются согласно:

и

 

где соответственно модуль полного сопротивления может быть найден

                                                                                                                           (8)

Согласно формул (5)-(8) определим сопротивления обмоток. Расчетные значения представим в табличном виде.

Таблица 3 – Сопротивления обмоток  трансформаторов

Т1: ТМ-10000/35

0,889+ j11,08 Ом

Т2: ТМ-2500/6

0,735+ j22,34 Ом

Расчет токов короткого замыкания приведем в именованных единицах в соответствии со следующей формулой, А:

где  – эквивалентное сопротивление сети до места КЗ, Ом;

- напряжение той ступени трансформации, к которой приведены параметры элемента, кВ;

- напряжение ступени трансформации, в которой находится элемент сети, кВ.

где и .

Аналогичным способом рассчитаем токи КЗ в остальных точках. Отметим, что для точки К3 вычислим значения токов КЗ для самой длинной (W2) и самой короткой (W3) из параллельных линий. Результаты вычислений представим в табличном виде.

Таблица 4 – Значение токов КЗ(3)

Ik1, А

Ik2, А

Ik3 (W2), А

Ik3 (W4), А

Ik4, А

Ik5, А

Ik6, А

Ik7, А

Ik8, А

Max

7500

956,5

451,6

803,16

3770

3284

3109

30330,5

9438,5

Min

5600

928,5

443,6

777,7

3665

3212

3043

29868

9420,4

Для дальнейших расчетов с целью компактности вычислений определим токи двухфазных КЗ в тех же точках системы.

Таблица 5 – Значение токов КЗ(2)

Ik1, А

Ik2, А

Ik3 (W2), А

Ik3 (W4), А

Ik4, А

Ik5, А

Ik6, А

Ik7, А

Ik8, А

Max

6495,2

836,1

391,1

695,6

3264,9

2844

2692,5

26267

8174

Min

4849,7

804,1

384,1

673,5

3173,8

2781,9

2635,5

25866,6

8158,3


4 РАСЧЁТ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА Т1(6/0,4 кВ, 2,5 МВА)

4.1 Газовая защита

Газовая защита выбирается на основе реле типа РГЧЗ-66, установленного заводом-изготовителем трансформатора. В защите используются контакты первой (на сигнал) и второй (на отключение) ступеней защиты.

4.2 Токовая отсечка

В качестве быстродействующей защиты от междуфазных КЗ в обмотках и на выводах 6 кВ трансформатора, а также в соединениях его с шинами 6 кВ применяется ТО без выдержки времени.

Первичный ток срабатывания определяется на основании отстройки от максимального тока внешнего короткого замыкания, А:

где  - максимальное значение периодической составляющей тока КЗ на шинах НН, приведённого к стороне ВН, А,

А.

Вторичный ток срабатывания, А:

- коэффициент трансформации трансформатора тока. В целях повышения надежности защиты для уменьшения полных погрешностей ТТ принимают несколько завышенные kT против расчетных, тем самым снижая кратность токов КЗ и одновременно не ограничивая возможную допускаемую длительную перегрузку силового трансформатора. ТТ по ГОСТ 7746—68 не допускают длительного протекания рабочих токов больших, чем номинальный.

  определён упрощенно, на основании номинального тока трансформатора при условии, что коэффициент трансформации в 1,5-2 раза больше номинального тока линии;

А.

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током - РСТ40-2-50 с диапазоном уставок по току срабатывания: 12,5…50 А. [3]

Ток уставки определяется согласно формуле:

где -минимальное значение тока уставки, А;

- число переключений, определяемое из выражения:

А.

Оценка чувствительности производится на основе расчёта коэффициента чувствительности по первичным токам:

где - ток двухфазного КЗ на выводах ВН трансформатора в минимальном режиме энергосистемы;

- уточнённое значение первичного тока срабатывания защиты,

Коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность не обеспечена.

Расширить зону действия ТО можно, если дополнить ее измерительными реле напряжения – ТО с блокировкой по напряжению.

4.3 Максимальная токовая защита от внешних КЗ

Для защиты трансформаторов от внешних КЗ и резервирования ТО и устанавливается максимальная токовая защита с выдержкой времени на стороне 6 кВ трансформатора.

На трансформаторах 6/0,4 кВ со схемой соединения обмоток Δ/Y0, МТЗ выполняется с тремя токовыми реле. Это объясняется тем, что схема неполной звезды с тремя реле имеет в 2 раза более высокую чувствительность к двухфазным КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток Δ/Y0, чем та же схема, но только с двумя реле, включенными в фазы А и С. Установка трех реле (третье реле включено в обратный провод схемы неполной звезды, где проходит геометрическая сумма токов фаз А и С) обеспечивает при всех видах двухфазного КЗ появление этого большего тока в одном из реле защиты. Третье реле, таким образом, повышает чувствительность защиты не только к КЗ в трансформаторе и на его выводах 0,4 кВ, но и значительно улучшает условия дальнего резервирования. [4]

Ток срабатывания отстраивается от максимального тока нагрузки и самозапуска двигателей, подключенных к шинам НН:

где  - коэффициент самозапуска электродвигателей нагрузки трансформатора;

- коэффициент возврата для реле РСТ40;

– максимальный рабочий ток, А, определенный с учетом перегрузки трансформатора на 40% от номинальной мощности по формуле:

 

 

.

Вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током с независимой выдержкой времени - РСТ40-2В-20 с диапазоном уставок по току срабатывания: 5…20 А. [3]

Таблица 6 – Расчет уставок

, А

, А

80

11

10,5

840

Время срабатывания МТЗ необходимо отстроить от времени срабатывания отсечки автоматического выключателя. Для осуществления выдержки времени принимаем для установки типоисполнение реле  РСТ40 с диапазоном выдержек времени от 1 до 10 с.

Оценим чувствительность МТЗ при помощи коэффициента чувствительности. Коэффициент чувствительности защиты определяем при трехфазном КЗ за трансформатором. [4]

Для ближнего резервирования:

гдеток трехфазного КЗ на выводах НН трансформатора в минимальном режиме энергосистемы,  А.

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для ближнего резервирования  обеспечена.

Оценим коэффициент чувствительности для дальнего резервирования:

гдеток минимального двухфазного КЗ на выводах в конце зоны дальнего резервирования, А,

Коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для дальнего резервирования  не  обеспечена.

В связи с тем, что при КЗ в точке 8 за кабельной линией величина расчетного тока КЗ заметно снижается из-за большого индуктивного сопротивления кабеля, МТЗ выполним с пуском по напряжению (на базе реле минимального напряжения).

Трансформаторы СН 6/0,4 кВ работают с заземленной нейтралью 0,4 кВ, и поэтому для них предусматривается защита от однофазных КЗ в обмотке и на выводах 0,4 кВ трансформатора, а также в сети 0,4 кВ. Эта защита выполняется в виде токовой защиты нулевой последовательности с помощью одного реле тока, включенного на ТТ, установленный в цепи заземления нейтрали 0,4 кВ трансформатора. В реле протекает полный ток однофазного КЗ. Защита действует с выдержкой времени на отключение трансформатора. [5]

Выполнение СТЗНП требует определенных затрат, поэтому ПУЭ предусматривают ее установку только в тех случаях, когда защиты от междуфазных КЗ не имеют достаточной чувствительности к однофазным КЗ за трансформатором.

Оценим коэффициент чувствительности МТЗ к однофазным КЗ за трансформатором.

Определим значение сопротивления для трансформатора мощностью 2,5 МВА, а также сопротивление петли фаза-ноль для кабеля 3х35 длиной 20 м:

мОм,  мОм. [6]

Коэффициент чувствительности для ближнего резервирования при однофазном КЗ определим в соответствии с формулой:

где  - ток однофазного металлического КЗ на выводах находится по выражению, рекомендованному Инструктивными материалами Главгосэнергонадзора [7]:

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для ближнего резервирования  обеспечена.

Оценим коэффициент чувствительности для дальнего резервирования:

где  - ток однофазного короткого замыкания на выводах НН, вычисляется согласно формуле;

                                                                                                    

где  - полное сопротивление петли фаза-нуль от трансформатора до точки КЗ, Ом,

Коэффициент чувствительности не удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для дальнего резервирования  не обеспечена. В связи с этим устанавливаем СТЗНП.

4.4 Специальная токовая защита нулевой последовательности

Ток срабатывания отстраивается от токов небаланса в нулевом проводе, который для трансформатора принимаем 0,75 номинального тока трансформатора.

 

где – коэффициент отстройки,

- ток небаланса в нулевом проводе, А; для  соединения обмоток Δ/Y принимается

Ток срабатывания реле согласно формуле (11):

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током с независимой выдержкой времени - РСТ40-2В-100 с диапазоном уставок по току срабатывания: 25…100 А. [3]

Таблица 7 – Расчет уставок

, А

, А

80

18

70

5600

Время срабатывания защиты отстраивается от времени срабатывания защит объектов, присоединенных к сборкам 0,4кВ. В этом случае время срабатывания СТЗОП должно составлять 0,6-0,7с. При отсутствии смежных защит нулевой последовательности время срабатывания СТЗОП составляет 0,3-0,4с. Принимаем к установке типоисполнение реле РСТ40 с диапазоном регулирования времени 0,1-1с.

Произведем оценку чувствительности для ближнего резервирования:

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для ближнего резервирования  обеспечена.

Произведем оценку чувствительности для дальнего резервирования:

Коэффициент чувствительности  удовлетворяет требованиям ПУЭ, таким образом чувствительность для дальнего резервирования  обеспечена.

4.5 Максимальная токовая защита от перегрузки

Силовые трансформаторы относительно малой мощности обычно защищают предохранителями со стороны высшего напряжения, однако более совершенной от перегрузки является МТЗ. Защита выполняется однорелейной, так как обычно перегрузка является симметричной. [12]

Первичный ток срабатывания отстраиваем от номинального тока трансформатора на стороне ВН:

Вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током - РСТ40-2-6 с диапазоном уставок по току срабатывания: 1,5…6 А. [3]

Таблица 8 – Расчет уставок

, А

, А

80

16

3,9

312

МТЗ выполним с действием на сигнал. На подстанциях же без постоянного дежурного персонала допускается выполнять защиту на отключение или разгрузку трансформатора. Выдержка времени для МТЗ от перегрузки равна 3 с. Для осуществления выдержки времени принимаем для установки типоисполнение РСТ40 с диапазоном выдержек времени от 1 до 10 с. Также принимаем к установке указательное реле РУ-21/0,01.

Также принимаем к установке указательное реле РУ-21/0,01.

4.6 Защита от замыканий на землю со стороны ВН

Для выполнения защиты в качестве фильтра тока нулевой последовательности обычно используется трансформатор тока нулевой последовательности. Так как защита действует на сигнал, она выполняется без выдержки времени.

Защита от замыканий на землю выполняется с действием на сигнал.

Ток срабатывания защиты определяем по следующему выражению:

,                                                                                                     (27) 

где - коэффициент отстройки,

- коэффициент учитывающий бросок емкостного тока,

- первичный емкостной ток нулевой последовательности, протекающий по защищаемому присоединению при однофазном замыкании на землю на секции 6кВ и определяемый по формуле, А:

 

где  - среднее номинальное напряжение ступени где рассмотрено замыкание на землю, кВ,

 - целое число, принимаемое для кабельных линий равным 10,

 - суммарная длина кабельных линий, электрически связанных с точкой замыкания на землю, км;

 

 

                                                                                                         

При использовании трансформатора тока нулевой последовательности ТЗРЛ для расчета вторичного тока срабатывания и тока уставки реле, необходимо учитывать количество вторичных обмоток w2= 25 (для трансформатора ТЗРЛ), сопротивление намагничивания Zнам = 10 Ом, сопротивление реле РТЗ-51 Zр = 1 Ом и сопротивление вторичных обмоток Zs =1 Ом.

,                                                                                                (29) 

  

К установке принимаем реле РТЗ-51 с диапазоном уставок тока срабатывания 0,02…0,12 А и шагом регулирования тока 0,03 А. [8]

Согласно формул (12)-(13):

 

 

 

принимаем соответственно, ток уставки реле

        

                                                                                            

Защита от замыканий на землю работает на сигнал, без выдержки времени. Принимаем к установке указательное реле РУ-21/0,01.

 

 


5 РАСЧЁТ ЗАЩИТЫ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Выбираем асинхронный двигатель ДАЗО4-450-4 с параметрами  МВА;   МВт, Iном = 73,4 А,  . [9]

5.1 Токовая отсечка

Защита от КЗ между фазами является основной защитой электродвигателей, и установка её обязательна во всех случаях. Согласно ПУЭ в качестве РЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт от КЗ применяется токовая отсечка. Для работы при всех видах междуфазных КЗ отсечка должна выполняться в двух фазах.

При выполнении токовой защиты электродвигателей мощностью до 2000 кВт на простой и дешевой однорелейной схеме (путем включения реле на разность токов двух фаз) имеется недостаток - более низкая чувствительность по сравнению с двухрелейной отсечкой к двухфазным КЗ. Ток срабатывания реле отсечки, выполненной по однорелейной схеме, в  раз больше, чем в двухрелейной схеме: при выборе уставки учитывался коэффициент схемы при симметричном пусковом режиме равный kсх = . Соответственно чувствительность защиты ниже в   раз, поэтому применяем двухрелейную двухфазную схему защиты. [10]

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от максимального пускового тока двигателя.

  

где - коэффициент отстройки,  для реле серии РСТ40;

 А.

Принимаем

Ток срабатывания реле:

где коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ, при включении реле на фазные токи равен 1.

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током - РСТ40-2-50 с диапазоном уставок по току срабатывания: 12,5…50 А. [3]

Таблица 9 – Расчет уставок

, А

, А

20

6

20

400

Оценка чувствительности производится при металлическом коротком замыкании на выводах обмотки статора; производится на основе расчёта коэффициента чувствительности по первичным токам:

 

Коэффициент чувствительности  удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность  обеспечена.

5.2 Защита от перегрузки

На асинхронных двигателях обычно применяют в качестве защиты от перегрузки МТЗ с независимой выдержкой времени в однорелейном исполнении.

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока двигателя согласно формуле (26):

Рассчитаем вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током с независимой выдержкой времени - РСТ40-2В-6 с диапазоном уставок по току срабатывания: 1,5…6 А. [3]

Таблица 10 – Расчет уставок

, А

, А

20

7

2,55

51

Время пуска асинхронных электродвигателей обычно составляет 10–15 с. На защите от перегрузки с независимой характеристикой выдержка времени принимается 12–20 с; выдержку времени отстраиваем от времени пуска.

Коэффициент чувствительности МТЗ от перегрузки не определяется, так как она не предназначена для действия при токе КЗ.

5.3 Защита от замыканий на землю

В соответствии с ПУЭ защита от замыканий на землю в обмотке статора с действием на отключение устанавливается на электродвигателях мощностью 2000 кВт и более при токах замыкания на землю более 5 А, а на электродвигателях меньшей мощности – при токах замыкания на землю более 10 А. В эксплуатации, однако, при токах замыкания на землю более 5 А, защита от замыканий на землю часто устанавливают на электродвигателях любой мощности, что способствует ограничению их повреждений при замыканиях на землю.

Защита от замыканий на землю реагирует на емкостный ток сети и выполняется с помощью одного токового реле, которое подключается к ТТ нулевой последовательности, установленному на кабеле, питающем двигатель.

В соответствии с этим определим емкостной ток замыканий на землю.

Емкостной ток замыкания на землю трансформатора определяем по формуле:

  - емкость фазы двигателя, Ф. Для АД он может быть рассчитан по следующей формуле [10]:

Для грубой оценки порядка величины тока замыкания на землю КЛ, питающей двигатель, может служить упрощенная формула (28): [11]

 

Таким образом, суммарный емкостной ток двигателя и линии составляет:

Общий емкостной ток меньше 10А и, тем более, 5 А, поэтому нет необходимости для установки защиты от замыкания на землю

5.4 Защита минимального напряжения

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей.

Отключение неответственных электродвигателей при исчезновении напряжения обеспечивается установкой одного реле минимального напряжения, включенного на линейное напряжение.

Защита минимального напряжения (защита от потери питания) выполняется двухступенчатой.

I ступень используется для отключения неответственных механизмов с целью обеспечения самозапуска ответственных.

Напряжение срабатывания первой ступени:

Напряжение срабатывания реле:

где   - коэффициент измерительного трансформатора тока,

К установке принимаем реле минимального действия РСН-16-28 с диапазоном уставок 40…100В.

Таблица 11 – Расчет уставок

, В

60

8

72

Время срабатывания I ступени защиты 0,5…1,5 с. Для обеспечения выдержки времени принимаем к установке реле времени ЭВ-123 с диапазоном уставок по времени 0,25-3,5 с.

Так как двигатель является неответственным, то он должен быть отключен от первой ступени защиты минимального напряжения.

II ступенью отключается часть ответственных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности или по технологическим причинам.


6 РАСЧЁТ ЗАЩИТЫ ТРАНСФОРМАТОРА  Т1 10000-35/6

6.1 Газовая защита

Газовая защита выбирается на основе реле типа РГЧЗ-66, установленного заводом-изготовителем трансформатора. В защите используются контакты первой (на сигнал) и второй (на отключение) ступеней защиты.

6.2 Дифференциальная защита

На понижающих двухобмоточных трансформаторах с группой соединения обмоток Δ/Y дифференциальную защиту выполняют в двухрелейном исполнении, так как чувствительность защиты к двухфазном КЗ на стороне треугольника (НН) такая же, как и у трехрелейной.

Для удобства и наглядности вычислений расчет защиты представим в табличном виде.

Таблица 12 – Расчет токов КЗ характерных точек

Наименование величины

Численное значение

Ток максимального трехфазного КЗ за трансформатором (на границе зоны действия дифференциальной защиты с внешней стороны), приведенный к стороне 6 кВ, I(3)к4 мах, А

3770

Ток минимального трехфазного КЗ за трансформатором (на границе зоны действия дифференциальной защиты с внешней стороны), приведенный к стороне 35 кВ, I(3)к4 мин (ВН), А

Ток максимального двухфазного КЗ за трансформатором (на границе зоны действия дифференциальной защиты с внешней стороны), приведенный к стороне 6 кВ, I(2)к4 мах, А

3264,9

Ток минимального двухфазного КЗ за трансформатором (на границе зоны действия дифференциальной защиты с внешней стороны), приведенный к стороне 35 кВ, I(2)к4 мин (ВН), А

Проверим возможность использования дифференциальной токовой отсечки на основе реле РТ-40.

Первичный ток небаланса

где kапер - коэффициент, учитывающий переходный режим токов КЗ (наличие апериодической слагающей тока), для дифференциальной токовой отсечки kапер=2;

kодн - коэффициент однотипности ТТ, принимаемый равным 0,5 в тех случаях, когда ТТ обтекаются близкими по значению токами, и равным 1 в остальных случаях; принимаем kодн=1;

 = 0,1 - допускаемая относительная полная погрешность ТТ, удовлетворяющих 10 %-ной кратности (относительное значение тока намагничивания в установившемся режиме);

fвыр - относительная погрешность от неточного выравнивания значений токов плеч защиты, .

Таблица 13 – Расчет первичных и вторичных токов

Наименование величины

Численное значение

35 кВ

6 кВ

Первичный номинальный ток трансформатора , I1ВН, I1НН, А

Коэффициенты трансформации ТТ, kТТ ВН, kТТ НН

Схемы соединения ТТ

Y

Δ

Коэффициенты схемы kСХ ВН, kСХ НН

1

Вторичные токи в плечах защиты I2ВН, I2НН , А

При неодинаковых схемах соединения обмоток (в данном случае треугольик-звезда) токи со стороны обмотки, соединенной в звезду, и токи со стороны обмотки, соединенной в треугольник, оказываются сдвинутыми относительно друг друга на некоторый угол, который зависит от схемы соединения обмоток. Угловой сдвиг токов создает большие токи небаланса в реле дифференциальной защиты .Для компенсации углового сдвига ТТ на стороне 35 кВ соединяем в неполную звезду, а на стороне 6 кВ – в треугольник.

Определим максимальное значение тока небаланса, приведенного к стороне 6 кВ:

А.

Определим значение тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

А.

По условию отстройки от броска тока намагничивания:

А.

Принимаем значение 3849 А.

Проверяем чувствительность защиты. Коэффициент чувствительности:

где – ток в реле на стороне 6 кВ, А, соответствующий минимально возможному КЗ, при котором дифференциальная защита должна срабатывать, определяемый по формуле:

А – ток срабатывания реле, А, определяемый по формуле:

А,

Значение коэффициента чувствительности меньше допустимого (), поэтому простая токовая дифференциальная отсечка не может быть использована.

Проверим возможность использования дифференциальной защиты с насыщающимися промежуточными трансформаторами без торможения (на основе реле РНТ-565).

Промежуточный НТТ имеет два назначения: обеспечивает отстройку реле от токов небаланса при переходных процессах и служит одновременно для выравнивания магнитодвижущих сил (МДС), возникающих под действием различных по величине вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

Определим максимальное значение первичного тока небаланса, приведенное к стороне 35 кВ (при предварительных расчетах принимается fвыр= 0) по формуле (38):

А.

Здесь kапер=1, так как в реле РНТ-565 влияние апериодических составляющих в первичном токе на ток небаланса значительно снижено за счет насыщающихся промежуточных ТТ.

Значение первичного тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса:

А.

По условию отстройки от броска тока намагничивания при включении:

А.

Оба условия будут выполнены, если принять  А.

Проверяем чувствительность защиты согласно формуле:

Требования по чувствительности при предварительных данных выполняются. Определим число витков обмоток реле (таблица 7).

Таблица 14 – Расчет числа витков обмоток реле

Наименование величины

Численное значение

Предварительное значение тока срабатывания реле на стороне ВН IСР ВН

2,68 А

Расчетное число витков обмотки реле на стороне ВН , где  Ампер-витков – МДС срабатывания реле РНТ-565

37,3

Выбранное (ближайшее меньшее) число витков

37

Ток срабатывания реле с учетом выбранного числа витков

2,7 А

Первичный ток срабатывания защиты на стороне ВН

216,2 А

Первичный ток срабатывания защиты, приведенный к стороне НН

1261,3 А

Расчетное число витков обмотки реле на стороне НН

27,45

Выбранное (ближайшее целое) число витков

27

Составляющая тока небаланса от неточного выравнивания МДС обмоток дифференциального реле

11,14 А

Ток небаланса с учетом третьей составляющей

134 А

Ток срабатывания защиты на стороне ВН с учетом уточненного значения тока небаланса

174,1 А

Ток срабатывания реле при уточненном значении тока небаланса

2,18 А

Минимальное значение коэффициента чувствительности при уточненных параметрах

3,12

6.3 Максимальная токовая защита от внешних замыканий

Рассчитываем первичный ток срабатывания на основании отстройки от  максимального тока нагрузки с учетом самозапуска двигателей, подключенных к шинам НН:

где

 

где

Кроме того, МТЗ от внешних Кз должна быть согласована с защитами, установленными на линиях W5 и W6, по току и времени:

где  - коэффициент отстройки,

- ток срабатывания защиты линии W5;

 

 

Принимаем значение . Вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током с независимой выдержкой времени - РСТ40-2В-2 с диапазоном уставок по току срабатывания: 0,5…2 А. Для осуществления выдержки времени принимаем для установки типоисполнение реле с диапазоном выдержек времени от 0,5 до 9 с. [3]

Таблица 15 – Расчет уставок

, А

, А

80

8

0,9

72

Произведем оценку чувствительности для ближнего резервирования согласно:

где - минимальный ток трансформатора на стороне 35 кВ при двухфазном КЗ на выводах трансформатора 6 кВ.

Коэффициент чувствительности  удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для ближнего резервирования   обеспечена.

Дальнее резервирование:

где - ток минимального двухфазного КЗ на выводах в конце зоны дальнего резервирования, А,

Коэффициент чувствительности удовлетворяет требованиям ПУЭ, поэтому чувствительность для дальнего резервирования обеспечена.

6.4 Максимальная токовая защита от перегрузки

Перегрузка обычно является симметричной, поэтому МТЗ от перегрузки выполняется однорелейной. Защита от перегрузки выполняется с действием на сигнал. [12]

Рассчитываем первичный ток срабатывания на основании отстройки от  максимального рабочего тока трансформатора  на стороне ВН, где установлена защита:

 

 

Рассчитываем вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

 

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током с независимой выдержкой времени - РСТ40-2В-6 с диапазоном уставок по току срабатывания: 1,5…6 А. [3]

Таблица 16 – Расчет уставок

, А

, А

80

5

2,25

180

Выдержка времени МТЗ от перегрузки должна быть согласована с выдержкой времени МТЗ линии W5. Выдержка времени для МТЗ от перегрузки равна 3 с. Для осуществления выдержки времени принимаем для установки типоисполнение РСТ40 с диапазоном выдержек времени от 1 до 10 с. Также принимаем к установке указательное реле РУ-21/0,01.


7 РАСЧЕТ ЗАЩИТ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ 35 КВ

Линии электропередачи 35 кВ относятся к сети с изолированной или компенсированной нейтралью. Следовательно, их защита должна реагировать на трёхфазные, двухфазные КЗ и двойные замыкания на землю. Однофазные замыкания не относятся к коротким замыканиям и могут существовать 2 и более часов. За это время можно переключить нагрузку на другой источник, и уже после этого отключить линию. Поэтому, защита от замыканий на землю может действовать на сигнал. [12]

Согласно ПУЭ защиту от многофазных замыканий на землю следует предусматривать в двухфазном двухрелейном исполнении.

7.1  I ступень - токовая отсечка

Первичный ток срабатывания определяется на основании отстройки от максимального тока внешнего короткого замыкания:

где  - максимальное значение периодической составляющей тока КЗ на шинах НН, приведённого к стороне ВН, по условию А;

,

А.

Определим вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

А.

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное, с оперативным питанием постоянным током - РСТ40-2-20 с диапазоном уставок по току срабатывания: 5…20 А. [3]

Таблица 17 – Расчет уставок

, А

, А

80

18

14

1120

Защищаемая зона должна быть не менее 20% длины линии от места установки защиты.

где - минимальный ток двухфазного короткого замыкания на 20% длины линии от места установки защиты, А,

А.

  - уточненное значение первичного тока срабатывания устройства релейной защиты, А, вычисляемое согласно формуле (11);

А.

7.2 II ступень - токовая отсечка с выдержкой времени

Расчет первичного тока срабатывания производится на основании отстройки от токов срабатывания первых ступеней смежных защит

- ток срабатывания защиты смежной защиты; для конкретного случая наличия 4 смежных защит (параллельные линии и ветвь с трансформатором) наибольший ток срабатывания защиты – у линии W4, равный 803,16 А;

=1,15 - коэффициент отстройки.

А.

Вторичный ток срабатывания согласно формуле (11):

А.

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное с независимой выдержкой времени с оперативным питанием постоянным током - РСТ40-2В-20 с диапазоном уставок по току срабатывания: 5…20 А. [3]

Таблица 18 – Расчет уставок

, А

, А

80

17

13,5

1080

Время срабатывания второй ступени отстраивается от времени срабатывания первой ступени (определяется собственным временем срабатывания реле тока, для РСТ40  с).

Для защит с независимыми характеристиками:

где Δt - ступень селективности (для электронных реле Δt =0,3÷0,4 с ).

с.

Оценка чувствительности осуществляется на основе коэффициента чувствительности:

где - ток минимального двухфазного КЗ в конце линии (на шинах противоположной подстанции),

 А.

А.

Не удовлетворяет коэффициенту чувствительности, поэтому расширяем зону действия токовой отсечки за счет дополнения ее измерительными реле напряжения – токовая отсечка с блокировкой по напряжению.

7.3 III ступень - максимальная токовая защита

Выполняет функции ближнего и дальнего резервирования при междуфазных КЗ.

Ток срабатывания отстраивается от максимального тока нагрузки с учетом самозапуска двигателей, подключенных к шинам НН

где ;

- коэффициент самозапуска электродвигателей нагрузки трансформатора,

- коэффициент возврата (для реле РСТ-40 равен 0,9 ),

- максимальный рабочий ток линии.

А.

Вторичный ток срабатывания:

А.

К установке принимаем реле тока статическое серии РСТ40 двухфазное с независимой выдержкой времени с оперативным питанием постоянным током - РСТ40-2В-10. с диапазоном уставок по току срабатывания: 2,5…10 А. [3]

Таблица 19 – Расчет уставок

, А

, А

80

20

7,5

600

Время срабатывания максимальной токовой защиты выбирается исходя из условий обеспечения селективности и термической стойкости защищаемой линии.

При этом время срабатывания максимальной токовой защиты согласуется с выдержками времени аналогичных ступеней защит смежных объектов. В случае применения защит с независимыми характеристиками:

где  - время срабатывания предыдущей МТЗ, с; для линии W2 – 4,0 с,

Δt - ступень селективности (для электронных реле Δt =0,3÷0,4 с ),

 

Оценим чувствительность защиты на основании коэффициента чувствительности для ближнего резервирования:

Согласно п. 3.2.101 ПУЭ, если такие защиты не удовлетворяют требованиям чувствительности или быстроты отключения повреждения, то ставится дистанционная ступенчатая защита преимущественно с пуском по току. Также в качестве дополнительной защиты рекомендуется использовать токовую отсечку без выдержки времени. Таким образом для линии W1выбираем дистанционную защиту на базе шкафа типа ШРЗА-Л.

7.4 Защита от замыканий на землю

В качестве защиты от замыканий на землю со стороны ВН установим на шинах 35 кВ фильтр составляющих нулевой последовательности – трансформатор напряжения со схемой соединения обмотки НН разомкнутым треугольником.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результатом выполнения работы является проект релейной защиты системы электроснабжения. Выбраны и рассчитаны устройства релейной защиты для отдельных элементов:

1. линии 35 кВ;

2. трансформатора 35/6 кВ мощностью 10 МВА;

3. трансформатора 6/0,4 кВ мощностью 2,5 МВА;

4. неответственного, подверженного перегрузке асинхронного двигателя 6 кВ мощностью 0,63 МВт.

В ходе проектирования была проведена самостоятельная проработка рекомендуемой литературы и интернет-источников - каталогов аппаратов защиты.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

  1.  Правила устройства лектроустановок. – СПб.: Издательство ДЕАН,2006. – 928 с.
  2.  Мокеев, А. В. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения: методические указания по выполнению курсового проекта. – Архангельск: Изд-во АГТУ, 2006 – 34 с.
  3.  Реле тока РСТ40 [Электронный ресурс] каталог/Реле и Автоматика -Мск:, Режим доступа http://www.rele.ru/ , свободный
  4.  Шабад, М.А.Защита и автоматика электрических сетей агропромышленных комплексов: учеб. пособие для студ. вузов. – Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 120 с.
  5.  Байтер, И.И.Релейная защита и автоматика питающих элементов собственных нужд тепловых электростанций: учеб. пособие/Байтер, И.И., Богданова, Н.А. - М, 1989. 
  6.  Беляев А.В. Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. Л.: Энергоатомиздат, 1988.
  7.  Инструктивные материалы Главгосэнергонадзора России,изд. 1-е.-М.: Энергосервис. 2007.- 365 с
  8.  Реле тока РТЗ51 [Электронный ресурс] каталог/Альянс-Энерго. Режим доступа - http://all-energo.ru/store/auto/relay/rtz-51, свободный.
  9.  Крупные электродвигатели ДА30, А4 [Электронный ресурс] каталог/Электродвигатели НК. Режим доступа - http://el-dvigatel.ru/product/15014, свободный.
  10.  Корогодский, В.И.Релейная защита электродвигателей напряжением выше 1 кВ./ Корогодский В.И., Кужеков С.Л., Паперно Л.Б.  – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 248 с.
  11.  Ульянов, С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебник для вызов. 2-е изд., стереотипное. – М., ООО «ТИД «АРИС», 2010. – 520 с.
  12.  Андреев, В. А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения. – 2-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. Шк., 1985. – 391 с., ил.
  13.  Авербух, А.М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. -Л.: Энергия, 1975.

Число                                            Подпись    


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81200. Специфика зороастризма 22.95 KB
  Выделяют два самых важных божества: Ахура – Мазда светлое божество олицетворявшее мудрость правду и Ангра – Манью тёмный бог. прежде всего почитался АхураМазда осознававшийся как Богтворец воплощение и носитель блага. Демонов противостоящих ахурам возглавляет главный носитель зла АнхраМанью. Борьба Ахура Мазды и Анхра Манью изначальна бескомпромиссна и каждый человек должен занять свою личную позицию в ней.
81201. История формирования иудаизма 26.17 KB
  Выделяют различные периоды формирования и развития иудаизма. Возникновение иудаизма как религии принято связывать с именем Моисея получивший на горе Синай через Откровение десять заповедей образовавших основу монотеизма и религиозной этики. формируются основные черты иудаизма: строгий монотеизм централизация культа канонизация священных книг появлению веры в сверхъестественную помощь для освобождения от угнетателей и веры в избавителямессию.
81202. Догматы и культ иудаизма 26.33 KB
  Центральная доктрина иудаизма вера в единого Бога который бессмертен вечен всемогущ вездесущ и безграничен. В соответствии с нормами иудаизма верующий поддерживает связь с Богом через молитву а божья воля открывается человеку через Танах.
81203. Структура Ветхого завета в иудаизме 22.12 KB
  Книги Ветхого Завета были написаны в период с XIII по I в. Ветхий Завет состоит из следующих книг: 1 Книги закона Тора Учение или Пятикнижие Моисеево составление книг приписывается Моисею: Бытие сотворение мира и человека рай первые люди грехопадение размножение человечества всемирный потоп Ной патриархи родоначальники еврейского народа Авраам Исаак Иаков Иосиф с братьями поселение евреев в Египте; Исход Моисей 10 заповедей освобождение из плена; Левит религиозное законодательство; Числа законодательство и...
81204. Формирование ислама. Жизнь и деятельность Мухаммеда 25.03 KB
  Жизнь и деятельность Мухаммеда. Политическое и религиозное движение возглавил пророк Мухаммед. Мухаммед родился в 570 г. Мать Амина по обычаю мекканцев отдала Мухаммеда кормилицебедуинке у которой он рос до 5 лет.
81205. Вероучение ислама 24.39 KB
  Иман или вера включает: Веру в Единого Бога Аллаха. Веру в Ангелов и демонов. 3Веру в Святые Писания и в святость Корана который считается словом божьим божественным откровением которое передавал Аллах в виде видений Мухаммеду в течение 22 лет т. 4Веру в Пророков и в посланничество Мухаммеда.
81206. Коран – священная книга ислама 24.8 KB
  Главным источником веры является Коран священная книга мусульман состоящая из притч молитв и проповедей Мухаммеда. спустя почти два десятилетия после смерти пророка был составлен свод Коран чтение другие названия: китаб книга зикр предостережение . Святость Корана обусловлена тем что изречения пророку диктовал архангел Джебраил на протяжении 22 лет доносивший слова самого БогаАллаха. эти откровения составили канонический текст Корана который дошел до наших дней в неизменном виде.
81207. Основные направления в исламе 24.66 KB
  В результате внутренних противоречий в VII веке возникли два направления: сунниты и шииты. Последователи суннизма признавали законность власти первых четырех халифов а шииты считали единственным законным главой мусульман четвертого халифа Али ум. Шииты поклоняются этому имаму и верят что перед Страшным Судом явится махди для установления на земле равенства и справедливости. Шииты как и сунниты признают святость Корана а в Сунне признают лишь те хадисы авторами которых являются четвертый халиф Али и его последователи.
81208. Пять столпов ислама 24.1 KB
  Саум пост. Мусульманский пост заключается в воздержании от пищи питья наслаждения и развлечений. Главным и обязательным для всех кроме больных путешествующих военных и беременных является пост в месяц рамадан; кроме того существует еще дата в которой поститься желательно. Уразабайрам праздник разговенья окончания поста.