97034

Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения

Курсовая

Энергетика

Цель работы: изучить особенности и последовательность расчета токов короткого замыкания в системе электроснабжения СЭС для целей релейной защиты и автоматики. Задание: рассчитать параметры схемы замещения и токи короткого замыкания в точках К1- К5 для схемы электроснабжения пункта приема электроэнергии ППЭ промышленного предприятия.

Русский

2015-10-13

2.42 MB

10 чел.

Омский Государственный Технический университет

Курсовой проект по дисциплине

«Релейная защита систем электроснабжения»

Выполнил:

магистр гр. ЭЭМ-514

Проверил:

доцент, к.т.н. Кириченко А. Н.

Омск – 2015

Расчет токов короткого замыкания в системе электроснабжения

Цель работы: изучить особенности и последовательность расчета токов короткого замыкания в системе электроснабжения (СЭС) для целей релейной защиты и автоматики.

Задание: рассчитать параметры схемы замещения и токи короткого замыкания в точках К1- К5 для схемы электроснабжения пункта приема электроэнергии (ППЭ) промышленного предприятия.

Данные: ТРДН – 32000/115/10,5 – 10,5

Uk%min = 9,77 %

Uk%max = 11,58 %

SGH = 2600 MBA

lW1 = 20 км, r0W1 = 0,099 Ом/км

sW1 = 185 мм2, x0W1 = 0,195 Ом/км

nW2 = 4

lW2 = 1 км, r0W2 = 0,326 Ом/км

sW2 = 95 мм2, x0W2 = 0,083 Ом/км

xG*max = 1,0

xG*min = 1,3

Решение:

  1.  Составляется схема замещения СЭС (рис.1).
  2.  Определение параметров схемы замещения.
    1.  Сопротивление питающей системы в минимальном и максимальном режимах:

где XG*max , XG*min – относительное индуктивное сопротивление питающей системы в максимальном и минимальном режиме ее работы; UБ – базисное напряжение (принимается равным среднему номинальному напряжению обмотки высокого напряжения (ВН) трансформатора), кВ; SGH – номинальная мощность питающей системы, МВА.

Рис.1. Схема замещения СЭС

  1.  Сопротивление воздушной линии (ВЛ) W1:

Где  – соответственно, активное и индуктивное сопротивление ВЛ; r0W1, x0W1 – удельные активное и реактивные сопротивления ВЛ, Ом/км; lW1 – длина ВЛ, км.

  1.  Минимальное и максимальное значения индуктивного сопротивления трансформатора T1, обусловленные работой устройства РПН.

Минимальное значение индуктивного сопротивления двухобмоточного трансформатора:

где Uk%min  - минимальное значение напряжения короткого замыкания трансформатора, %;  - половина полного (суммарного) диапазона регулирования напряжения на стороне ВН трансформатора: для трансформаторов с UН = 110кВ - ∆UРПН% = ± 16%; SНТ1 – номинальная мощность трансформатора (МВА).

Максимальное значение индуктивного сопротивления двухобмоточного трансформатора:

где Uk%max  - максимальное значение напряжения короткого замыкания трансформатора, %.

Если значение Umax ВН > Umaxдоп, где Umaxдоп – максимальное допустимое значение напряжения для сети данного класса напряжения, то принимается Umax ВН = Umaxдоп, для сетей с UН = 110кВ - Umaxдоп = 126 кВ; SНТ1 – номинальная мощность трансформатора (МВА).

Минимальное сопротивление двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой низкого напряжения (НН)

где xT1ВНmin, xT1ННmin – соответственно, минимальное индуктивное сопротивление обмотки ВН и НН трансформатора.

Максимальное сопротивление двухобмоточного трансформатора с расщепленной обмоткой низкого напряжения (НН)

где xT1ВНmax, xT1ННmax – соответственно, максимальное индуктивное сопротивление обмотки ВН и НН трансформатора.

  1.  Сопротивление кабельной линии (КЛ) W2:

где  – соответственно, активное и индуктивное сопротивление КЛ; r0W2, x0W2 – удельные активное и реактивные сопротивления КЛ, Ом/км; lW2 – длина ВЛ, км; n – количество параллельных кабелей в линии; UСН – среднее номинальное напряжение обмотки НН трансформатора.

  1.  Рассчитываются токи КЗ в намеченных точках
    1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К1:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К1:

  1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К2:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К2:

  1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К3:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К3:

  1.  Вычисление  производится при наименьшем сопротивлении питающей системы в максимальном режиме  ее работы (xGmax) и наименьшем сопротивлении трансформатора (xT1(p)min)

Для практических расчетов токов КЗ за понижающим трансформатором используют метод наложения аварийных токов на токи нагрузки трансформатора в предаварийном режиме. В основу метода положено  предположение о постоянстве номинального напряжения на стороне НН трансформатора, которое обеспечивается автоматикой РПН.

Максимальный ток КЗ в точке К4может быть определен следующим образом:

где UНВ – номинальное напряжение сети на стороне ВН трансформатора.

Приведение  к нерегулируемой стороне НН следует производить не по среднему коэффициенту трансформации, а по минимальному, соответствующему тому же крайнему положению РПН, при котором вычисляется этот ток

Вычисление минимального тока КЗ  следует производить при наибольшем сопротивлении питающей системы в минимальном режиме ее работы (xGmin) и наибольшем сопротивлении трансформатора (xT1(p)max)

Приведение  к нерегулируемой стороне НН

Если  > Umaxдоп, то в числитель коэффициента трансформации необходимо поставить значение Umaxдоп.

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К4:

  1.  Расчеты токов КЗ в точке К5 выполняется с учетом сопротивления КЛ аналогично расчетам для точки К4:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К5:

  1.  Результаты расчетов токов КЗ сводятся в таблицу.

Таблица 1

К1

К2

К3

К4

К5

13,06

9,349

7,22

1,01

0,96

9,29

8,83

10,06

7,71

6,22

0,62

0,6

7,44

7,2

8,7

6,67

5,38

0,54

0,52

6,44

6,23

Определение параметров срабатывания токовых защит линий электропередачи

Цель работы: Изучить  особенности расчета  параметров  срабатывания и построения карты селективности двухступенчатых токовых защит линий электропередачи (ЛЭП) радиальной сети с односторонним питанием.

Задание: по исходным данным для приведенной схемы выполнить расчет параметров срабатывания токовых защит ЛЭП в следующей последовательности:

1. Определить нагрузочные токи  ЛЭП (рис.2).

2. Выбрать коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1, ТА2.

3. Составить схему замещения сети и рассчитать сопротивления ее  элементов в именованных единицах.

4. Найти максимальные и минимальные токи КЗ в начале, середине и конце линий W1, W2 в точках К1 – К5  (принять сопротивление питающей системы в минимальном режиме работы  xGmin=1,4 xGmax). Результаты расчетов свести в таблицу.

5. Рассчитать токи срабатывания отсечек без выдержки времени (первых ступеней токовых защит) ЛЭП W1, W2.

6. Рассчитать токи срабатывания реле (уставки) отсечек ЛЭП W1, W2 при условии, что схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока – звезда.

7. Проверить чувствительность отсечек ЛЭП W1, W2.

8. Графически определить зоны действия отсечек ЛЭП W1, W2 в минимальном режиме работы системы.

9. Рассчитать токи срабатывания максимальных токовых защит

(третьих ступеней токовых защит) ЛЭП W1, W2.

10. Рассчитать токи срабатывания реле (уставки) МТЗ ЛЭП W1, W2.

11. Определить времена срабатывания МТЗ ЛЭП W1, W2.

12. Проверить чувствительность МТЗ ЛЭП W1, W2 в основной и резервной  зонах.

13. Построить карту селективности.

Рис.2. Схема радиальной сети с односторонним питанием

Таблица исходных данных для расчета защит ЛЭП.

№ варианта

Параметры системы

Параметры ЛЭП

Параметры нагрузки

Защита Q3

Uн,

кВ

SGmax

МВА

ХG,

о.е.

LW1,

км

LW2,

км

r0/x0,

Ом/км

SБ,

МВА

SВ,

МВА

SГ,

МВА

Kсзп

I СЗ,Q3,

А

tСЗ,Q3,

с

t,

с

4

35

150

0,1

7

18

0,32/0,35

9

5,2

2

1,6

70

1

0,49

Решение:

  1.  Определить нагрузочные токи  ЛЭП (рис.1).

2. Выбрать коэффициенты трансформации трансформаторов тока ТА1, ТА2.

где I1 и I2 – токи в первичной и вторичной обмотках трансформатора тока. Опираясь на стандартные типы трансформаторов тока, получаем:

  1.  

Составить схему замещения сети и рассчитать сопротивления ее  элементов в именованных единицах.

Рис. 3. Схема замещения сети

4. Найти максимальные и минимальные токи КЗ в начале, середине и конце линий W1, W2 в точках К1 – К5 . Результаты расчетов свести в таблицу.

4.1. Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К1:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К1:

  1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К2:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К2:

  1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К3:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К3:

  1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К4:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К4:

  1.  Определяется максимальный и минимальный ток при металлическом трехфазном КЗ в точка К5:

Минимальный ток двухфазного КЗ в точке К5:

Таблица 1

К1

К2

К3

К4

К5

24,67

8,68

5,1

2,46

1,62

17,6

7,72

4,77

2,39

1,59

15,224

4,1

4,13

2,07

1.38

  1.  Рассчитать токи срабатывания отсечек без выдержки времени (первых ступеней токовых защит) ЛЭП W1, W2. Проверка чувствительности отсечек W1, W2.

, , что хорошо

, что хорошо

  1.  Рассчитать токи срабатывания реле (уставки) отсечек ЛЭП W1, W2 при условии, что схемы соединения вторичных обмоток трансформаторов тока – звезда.

7. Графически определить зоны действия отсечек ЛЭП W1, W2 в минимальном режиме работы системы.

Рис.4. Графическое определение зоны действия отсечек ЛЭП W1, W2 в минимальном режиме работы системы

8. Рассчитать токи срабатывания максимальных токовых защит (третьих ступеней токовых защит) ЛЭП W1, W2.

8.1. Для ЛЭП W2:

8.1.1

где kОТС – коэффициент отстройки равный 1,4; IPMAX=IW1,

8.1.2

где  kСЗП – коэффициент самозапуска равный 1,6.

8.1.3

,

где kВ – коэффициент возврата реле равный 0,85.

8.1.4

Следовательно, примем ток

8.2. Для ЛЭП W1:

8.2.1

где kОТС – коэффициент отстройки равный 1,4; IPMAX=IW1,

8.2.2

где  kСЗП – коэффициент самозапуска равный 1,6.

8.2.3

,

где kВ – коэффициент возврата реле равный 0,85.

8.2.4

Следовательно, примем ток

9. Рассчитать токи срабатывания реле (уставки) МТЗ ЛЭП W1, W2.

10. Определить времена срабатывания МТЗ ЛЭП W1, W2.

11. Проверить чувствительность МТЗ ЛЭП W1, W2 в основной и резервной  зонах.

Для W1:  - в основной зоне

- резервной зоне

Для W2 в основной зоне

12. Построить карту селективности



Рис.5. Карта селективности


Релейная защита электродвигателей с номинальным напряжением

выше 1000 В

Цель работы:  изучить особенности расчета параметров срабатывания и схемы релейных защит электродвигателей с номинальным напряжением выше 1000 В.

Задание: схема СЭС:

Рис.6. – Однолинейная схема СЭС.

№ варианта

Двигатель

Номинальная мощность Р, кВт

Технологический процесс

4

синхронный

400

неответственный

tп=10 с

Решение:

  1.   Выбор кабеля для подключения электродвигателя:
    1.  Номинальный ток электродвигателя:

.

  1.  Определение сечения исходя из экономической плотности тока:

.

Выберем сечение 50 мм2.

  1.  Определение сечения по длительному допустимому току:

Для алюминиевого кабеля сечением 50 мм2 длительный допустимый ток, при прокладке в земле, составляет 175А.

где Ксн = 1,т. к. применяем один кабель, Кср = 1,06, т.к. расчет производим для температуры 100 С (условная температура  250 С).

  1.  Проверка на термическую стойкость:

.

  1.  Расчет защит двигателя:
    1.  Защита от многофазных коротких замыканий.

Т.к. расчет производим для двигателя мощностью 400кВт, то используем токовую отсечку без выдержки времени, с однорелейной схемой (рис.7)

Рис.7. Токовая защита без выдержки времени (однорелейная схема), где КА – реле тока; KL – промежуточное реле, КН – указательное реле, SQ – выключатель положения, YAT – электромагнит отключения высоковольтного выключателя

Ток срабатывания токовой отсечки:

.

где  – коэффициент отстройки реле;  - кратность пускового тока.

Т. к. расчет производим для синхронного двигателя, следует обеспечить отстройку от сверхпереходного тока.

где  – сверхпереходная ЭДС двигателя,  - сверхпереходное сопротивление двигателя по продольной оси.

Из проведенных расчетов выберем током срабатывания

Трансформаторы тока выбираем с коэффициентом трансформации 250/5 исходя из максимального рабочего тока двигателя.

.

Коэффициент чувствительности:

.

  1.  Защита от однофазных замыканий обмотки статора на землю.

Выполнена в виде максимальной токовой защиты подключенной к кабельному трансформатору тока нулевой последовательности.

Рис.8. Схема защиты от однофазных замыканий обмоток статора на землю.

,

- коэффициент отстройки реле,  – коэффициент учитывающий бросок собственного емкостного тока.

,

,

.

.

.

.

.

Будем использовать один ТТНП типа ТЗЛ, для которого минимальное значение первичного тока срабатывания равно 0,68 А. Поскольку получившееся значение тока срабатывания меньше минимального значения, в этом случае принимаем Iсз=Iсзmin.

,

.

  1.  Защита от перегрузки:

Защиту от перегрузки совместим с защитой от асинхронного режима.

Рис.9.  Схема защиты от перегрузки

где  kо=1,1 – коэффициент отстройки реле, kв=0,8 – коэффициент возврата.

.

.

.

  1.  Защита от потери питания:

Рис.10. Защита от потери питания.

Так как двигатель задействован в неответственном технологическом процессе, используем первую ступень защиты от потери питания.

.

.

  1.  Полная схема защиты двигателя

На рис. 11 изображена полная схема защиты синхронного электродвигателя.

Рис.11. Полная схема защиты двигателя


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

57899. РОЗВ’ЯЗУВАННЯ РАЦІОНАЛЬНИХ РІВНЯНЬ 170 KB
  Мета: вдосконалити знання і вміння учнів розвязувати раціональні рівняння; розвивати різні види мислення самостійність творчість екологічну культуру; виховувати активність увагу наполегливість винахідливість; прищеплювати любов до рідного краю.
57900. Решение систем уравнений второй степени 185.5 KB
  Задание: При каких значениях параметра а система уравнений имеет три решения Решение: парабола y= x2 будет иметь с окружностью x2 y2 = 4 три общие точки только в случае а = 2. Теоретический опрос по вопросам: Что называется системой...
57901. Систематизація та узагальнення знань, вмінь і навичок 183.5 KB
  Мета уроку: навчальна складова: систематизувати та узагальнити знання учнів з вивченого навчального матеріалу вміння та навички учнів застосовувати вивчене до розвязування задач передбачених програмою...
57902. ПЛОЩІ + ІСТОРІЯ + ДИЗАЙН = КРАСА 312.5 KB
  Сьогодні на уроці ми познайомимося з професіями паркетник та дизайнер інтерєру Паркетник-фахівець з укладання паркету в приміщеннях. План уроку Знайомство з історичними фактами: а історія паркету; б історія візерунків Росія...
57903. Тригонометричні функції будь-якого кута 878 KB
  Повторити властивості тригонометричних функцій закріпити навички співвідносити градусну та радіанну міру кута та знаходити значення тригонометричних функцій будьякого кута при обчислюванні значень виразів що містять тригонометричні функції з урахуванням їх властивостей.
57904. Функції. Узагальнення і систематизація вивченого матеріалу 539 KB
  Мета: узагальнити і систематизувати знання учнів з теми Квадратична функція; закріпити вміння і навички учнів використовувати набуті під час вивчення теми знання для розвязування вправ і задач розвивати увагу учнів логічне мислення творчу активність...
57905. Показательная функция. Показательные уравнения и неравенства 854.5 KB
  Цели: Обобщить, расширить и углубить знания учащихся по изученной теме Развивать творческие способности, умения самостоятельно добывать знания, активизировать познавательную деятельность, формировать навыки коллективной работы.
57906. Розвязування задач на рух за допомогою рівнянь 125 KB
  Мета: навчитися розвязувати задачі на рух за допомогою рівнянь; відпрацьовувати навички розвязування рівнянь та виконання арифметичних дій з раціональними числами; виконувати охайні записи у зошиті...
57907. Об’єми геометричних тіл 2.72 MB
  Мета: вдосконалювати вміння і навички учнів з теми «Обєми геометричних тіл», розвивати память, вміння твердо мислити, аналізувати, порівнювати, узагальнювати і робити висновки, виховувати бажання знати математику...