Релейная защита и автоматика СЭС
Введение
Системы электроснабжения
являются сложными производственными объектами кибернетического типа, все
элементы которых участвуют в едином производственном процессе, основными
особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность
повреждений аварийного характера. Поэтому надёжное и экономичное
функционирование систем электроснабжения возможно только при автоматическом
управлении ими.
Распределительные
электрические сети являются важным звеном в системе производства, передачи и
потребления электрической энергии. Большое значение для надёжной работы
электросетей имеет правильное выполнение и настройка устройств релейной защиты
и противоаварийной автоматики (РЗА) и в том числе правильный выбор рабочих
параметров срабатывания (рабочих уставок) аппаратуры РЗА.
Курсовая работа по
дисциплине «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных
предприятий» является одной из важнейших составных частей общего курса РЗА. В
процессе выполнения данной работы выбираются защиты и рассчитываются уставки
для цеховых (заводских) распределительных сетей, производится согласование
защит для обеспечения надёжности, максимального быстродействия и селективности.
1. Выбор
кабелей системы электроснабжения
1.1 Выбор
кабеля W6′, питающего трансформатор T5
На основе данных выбираем
трансформатор Т5 типа ТСЗ-160/10 ([6], табл.3.3).
В нормальном режиме
работы длительный ток нагрузки составит:
А.
Примем коэффициент
загрузки трансформатора в режиме длительной нагрузки и ПАР равным 1, так как
отсутствует резерв. следовательно Iн=Iн.max=Iном.Т5=14.663
А.
Выбираем кабель на 6 кВ
марки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура окружающей среды +350
С).
Iдоп.ном=42 А ([1], табл. 1.3.18).
Расчетный длительный ток
кабеля:
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 < Iдоп=35.7 А.
Определим экономически
целесообразное сечение:
мм2 > 10 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36 ).
Увеличиваем сечение
кабеля до q=16 мм2.
Iдоп.ном=50 А ([1], табл. 1.3.18).
Расчетный длительный ток
кабеля:
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 < Iдоп=42.5 А.
Допустимый ток
термической стойкости кабеля для времени действия 0.1 с основной релейной
защиты (МТО) на Q14 равен:
кА,
где: С=94 А·с2/мм2 – для
кабелей с алюминиевыми однопроволочными жилами;
tс.з.=0.1 с – предполагаемое время
действия 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 Выбор
кабеля линии W6
На основе данных выбираем
трансформаторы Т3 и Т4 марки ТСЗ-160/10 ([6], табл.3.3).
В нормальном режиме
работы, при коэффициенте загрузки трансформатора Т4 равном 0.7, а
трансформатора Т5 – 1, ток нагрузки будет равен:
А.
Максимально возможный ток
нагрузки (ток в ПАР) равен:
А.
выбираем кабель на 6 кВ
марки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура среды +350С).
А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительно
допустимый 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 длительно
допустимый ток кабеля:
А,
где: ([1], табл. 1.3.26); ([1], табл.1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=35.191 А < Iдоп=39.525 А
Определим экономически
целесообразное сечение:
мм2 < 16 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый ток
термической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 0.1 с
основной релейной защиты (МТО) на Q14 равен:
кА.
1.3 Выбор
кабеля линии W5, питающей трансформатор Т3
Кабель питает
трансформатор мощностью 160 кВА. В нормальном режиме работы, при коэффициенте
загрузки трансформатора Т3 равном 0.7, ток нагрузки будет равен:
А.
Максимально возможный ток
нагрузки (ток в ПАР) равен:
А.
Выбираем кабель на 6 кВ
марки ААГ-3×10 для прокладки в канале (температура среды +350С).
А ([1], табл. 1.3.18).
Расчётный длительно
допустимый ток кабеля:
А,
где: ([1], табл. 1.3.26); ([1], табл.1.3.3).
Условие выполняется:
Iн.max=20.528 А < Iдоп=33.201 А.
Определим экономически
целесообразное сечение:
мм2 < 10 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый ток
термической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 0.1 с
основной релейной защиты (МТО ) на Q13 равен:
кА.
1.4 Выбор
кабелей, питающих асинхронные двигатели (АД) М1 и М2, М3 и М4
Номинальный ток АД серии
АТД исполнения 2АЗМ1-800/6000УХЛ4 ([6], табл. 4.6):
А,
где: кВт – номинальная активная мощность АД ([6],
табл. 4.6);
кВ – номинальное напряжение АД ([6], табл. 4.6);
– коэффициент мощности ([6], табл. 4.6);
– номинальный коэффициент полезного действия АД
([6], табл. 4.6).
Выбираем кабель на 6 кВ
марки ААГ-3×70 для прокладки в канале (температура среды +350 С).
А ([1], табл.1.3.18).
Расчётный длительно
допустимый ток кабеля:
А.
Условие выполняется: Iном.М=89.283 А < Iдоп=114.75 А.
Определяем экономически
целесообразное сечение:
мм2 < 70 мм2.
При использовании кабеля
со сплошными жилами допустимый ток термической стойкости для предполагаемого
времени действия 0.1 с основной релейной защиты (МТО) равен:
кА.
1.5 Выбор
кабелей линий W3 и W4
Линия питает
трансформатор Т3 мощностью 160 кВА и АД М3 мощностью 800 кВт. В нормальном
режиме работы ток в линии равен:
Iн.W3=Iн.W5+Iном.М3=24.927+89.283=114.21 А.
максимально возможный ток
нагрузки (ток в ПАР) равен:
Iн.max=2·Iн.W3+Iн.W6’=2·114.21+14.663= 243.083 А.
Определяем допустимый ток
кабеля :
А,
где: Кп=1.35, принимая
коэффициент загрузки линии в нормальном режиме Кз=0.6 и время ликвидации аварии
равным 3 ч ([1], табл.1.3.2);
Кс.н.=0.93, принимая
прокладку кабелей к РП в одной траншее (земле), лежащих рядом на расстоянии 300 мм ([1], табл.1.3.26);
Кср=1.0, для нормальной
температуры среды (+150 С) ([1], табл.1.3.3).
выбираем кабель на 6 кВ
марки 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 экономически
целесообразное сечение:
мм2 < 95 мм2,
где: Jэ=1.4 (А/мм2) для Tmax=4000 ч ([1], табл. 1.3.36).
Допустимый ток
термической стойкости кабеля для предполагаемого времени действия 1.2 с
основной релейной защиты (МТЗ) на Q3 равен:
кА.
1.6 Выбор
сечения провода воздушной линии питающей РУ
Питание РУ осуществляется
по двум ВЛЭП длиной 0.75 км. В свою очередь РУ питает 2 трансформатора ТM-6300/10. Номинальный ток
трансформатора равен:
А.
Максимально возможный ток
(ток в ПАР) равен:
Iн.max=2·Iном.Т=2·364=728 А.
выбираем провод марки АС
сечением 330 мм2 – Iдоп=730 А ([1],
табл. 1.3.29).
2.
предварительный расчет токов КЗ
Исходная схема
электроснабжения и схема замещения для расчёта токов КЗ представлены на рис. 2
и рис. 3 соответственно.
выбранные кабели проверим
на термическую стойкость при КЗ (для одиночных кабелей при КЗ в начале кабеля
или при КЗ за пучком кабелей при их параллельном соединении). Расчет токов
проведем для 3х точек: К-1, К-2 и К-3. Расчёт токов КЗ производится в
именованных единицах.
2.1
Определение сопротивления элементов схемы замещения, приведённые к напряжению Uб = 6.3 кВ
1) Сопротивление системы:
Ом,
где: кВ — среднее напряжение на котором
находится система.
2) Сопротивление
воздушной линии 10 кВ:
Ом,
где: Ом/км — удельное сопротивление линии.
3) Сопротивление
трансформаторов Т1 и Т2 ТM-6300/10:
Ом.
4) Активное и реактивное
сопротивления кабельных линий W3 и W4:
Ом;
Ом,
где: xуд, rуд — удельные сопротивления кабеля ([5], табл. 3.5).
5) Сопротивление
асинхронных двигателей М1, М2, M3 и
М4 (Рном.М1 =800 кВт) при номинальной нагрузке:
Ом.
6) Активное и реактивное
сопротивления линии W5:
Ом;
Ом.
7) Активное и реактивное
сопротивления линии W6:
Ом;
Ом.
2.2 Расчет тока
КЗ в точке К-1
Суммарное сопротивление
от энергосистемы до точки К-1 равно:
Ом.
начальное значение
периодической составляющей тока в месте КЗ со стороны системы:
кА.
Начальное значение
периодической составляющей тока в месте КЗ со стороны асинхронных двигателей М1
и М2:
кА.
Определяем необходимость
учета подпитки от АД:
,
что больше 2 и подпитка
от АД учитывается.
Суммарное
кА < кА.
таким образом, кА < кА.
Вывод: Для обеспечения 2.3 Расчет Результирующее Ом. Токи трёхфазного КЗ на кА; кА. Определяем необходимость , что больше 2 и подпитка Суммарное
кА > кА. ток термической стойкости кА. заново считаем: Ом; Ом, где – новые удельные сопротивления кабелей таким образом, кА < кА.
Вывод: Для обеспечения 2.4 Расчет Результирующее Ом Начальное
кА > кА. Увеличиваем сечение кА. заново считаем: Ом; Ом, где – новые удельные сопротивления кабеля таким образом кА < кА.
3. Уточненный исходная схема В дальнейшем на всех 3.1 Расчет 1) Рассчитаем реактивные Напряжения, кВ; кВ, где: ΔUрпн=10 % – ступень регулирования Сопротивления Ом; Ом, где: Uk%T1max=6.9 – Uk%T1min=6.2 – Определим наименьшее и Ом Ом 2) Результирующее Ом; Ом. 3) максимальное и кА; кА. 4) минимальный ток кА. 3.2 Расчет 1) Максимальное и кА; кА. 2) минимальный ток кА. 3.3 Расчет 1) Результирующее Ом; Ом. 2) максимальное и кА; кА. 3) минимальный ток кА. 3.4 Расчет 1) Результирующее
2) максимальное и кА; кА. 3.5 Расчет 1) Расчет результирующего Ом. Активное сопротивление Ом. Индуктивное сопротивление Ом. Результирующее полное 2) Максимальное
кА. максимальное значение кА. 3) Определим суммарное Суммарное активное мОм, где: мОм – активное сопротивление от системы до Ом – активное сопротивление от системы до цехового мОм – активное сопротивление цехового трансформатора, мОм – активное сопротивление шинопровода типа ШРА73 гкв=0.65 мОм – активное rк=1 мОм – активное сопротивление rп=15 мОм – активное переходное Суммарное индуктивное мОм, где: мОм – индуктивное сопротивление от системы мОм – индуктивное сопротивление от системы до мОм – индуктивное сопротивление цехового мОм – индуктивное сопротивление шинопровода типа ШРА73 xкв=0.17 мОм – индуктивное 4) минимальное значение кА. минимальное значение тока кА. 3.6 Расчет 1) Расчет результирующего Ом. Активное сопротивление Ом. Индуктивное сопротивление Ом. Результирующее полное сопротивление 2) Максимальное
кА. максимальное значение кА. 3) Определим суммарное Суммарное активное мОм, где: мОм – активное сопротивление от системы до Ом – активное сопротивление от системы до цехового мОм – активное сопротивление цехового трансформатора, мОм – активное сопротивление шинопровода типа ШРА73 rкв=0.65 мОм – активное сопротивление rк=1 мОм – активное сопротивление rп=15 мОм – активное переходное Суммарное индуктивное мОм, где: мОм – индуктивное сопротивление от системы Ом – индуктивное сопротивление от системы до мОм – индуктивное сопротивление цехового мОм – индуктивное сопротивление шинопровода типа ШРА73 xкв=0.17 мОм – индуктивное 4) минимальное значение кА. минимальное значение тока 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. Приближенное 4.1 Расчет Сопротивление обобщенной Ом, где: x*н=0.35 – сопротивление обобщенной В соответствии со схемой ток самозапуска: А. Коэффициент самозапуска: , где: А – номинальный ток трансформатора Т3. 4.2 Расчет Сопротивление обобщенной Ом, В соответствии со схемой ток самозапуска: А. Коэффициент самозапуска: , 4.3 Расчет Ток самозапуска равен: А. Эквивалентное Ом. В соответствии со схемой Ом ток самозапуска: А. Коэффициент самозапуска: , где: Iн.сум.W6= Iном.T4+ Iном.T5=14.663+14.663=29.326 4.4 Расчет Пусковой суммарный ток: А, где: kп=5.2 – кратность пускового двигателя Эквивалентное Ом. В соответствии со схемой Ом. ток самозапуска: А. Коэффициент самозапуска: , где: А – номинальный суммарный ток двигателя и 4.5 Расчет Пусковой суммарный ток: А, где: kп=5.2 – кратность пускового двигателя Эквивалентное Ом. В соответствии со схемой Ом. ток самозапуска: А. Коэффициент самозапуска: , где:А номинальный суммарный ток двигателя и 5. Расчет 5.1 Расчёт На асинхронных 5.1.1 защита В качестве основной А, где: А – номинальный ток АД; – кратность пускового тока АД ([6] табл. 4.6). Ток срабатывания реле А, где: – коэффициент отстройки, учитывающий – коэффициент схемы при включении реле на фазные – коэффициент трансформации трансформатора тока. Определяем . 5.1.2 Защита Необходимо определить Емкость фазы статора Ф, где: МВА – номинальная полная мощность Uном.М3=6 кВ – номинальное напряжение собственный емкостной ток А, Емкостной ток линии, А, где: А/км — собственный емкостной ток единицы l=0.05 км – длина линии; m=1 – число проводов кабелей в фазе Установившееся значение А. Первичный ток А, где: kо=1.3 – коэффициент отстройки, kб=2.5 – коэффициент, учитывающий Так как полученное 5.1.3 Защита Для Напряжение срабатывания защиты: В. При номинальном вторичном 5.1.4. защита Ток срабатывания реле МТЗ А, где: – коэффициент отстройки при действии МТЗ – коэффициент возврата индукционной части реле Принимаем уставку по току Выдержка времени МТЗ от с, где: с – время пуска для электродвигателя. Проверка на 10%-ную Рассчитывается Ом, где: Ом – сопротивление проводов от Ом – сопротивление переходных контактов; Ом – сопротивление реле РТ при уставке реле 7А. Ом — сопротивление дешунтированного реле РТМ, максимальная кратность: Таким образом Ом () больше чем допустимое значение Ом () и следовательно, погрешность трансформатора тока Коэффициент чувствительности Чувствительность 5.2 Выбор Номинальный ток обмотки А. Этому значению А, где: kсзп=2.479 – коэффициент самозапуска С учетом допустимой А. Максимальное и кА, кА. ток срабатывания защиты А. Принимаем выключатель А, что соответствует току А, Установку по шкале Произведем выбор тока По условию несрабатывания А. По условию несрабатывания А, где: kо=1.5 – коэффициент отстройки. Iсзп2=572.501 А – ток самозапуска kн=1.0 – коэффициент, учитывающий kз=0.7 – коэффициент загрузки Принимаем установку по чувствительность отсечки , где: 1.1 – коэффициент – коэффициент разброса срабатывания отсечки по току Условие чувствительности Произведем проверку кА. Условие Время срабатывания 5.3 Расчет защиты блока линия – трансформатор W5-T3. исходная В Первичный ток По A. По условию возврата A. Принимаем А. Производится —ток А. А . где: – коэффициент надежности согласования окончательно принимаем А. При коэффициенте А. При установке трех реле При однофазном КЗ на В данном случае должна Ток срабатывания отсечки кА. Коэффициент . Определение коэффициента Вначале принимаем типовую Проверка на 10%-ную . Этому значению К10 Рассчитывается Ом, где: Ом – сопротивление реле РТМ при уставке Ом – сопротивление реле РТВ при токе срабатывания А. таким образом, Ом больше чем допустимое А Определяем максимальная кратность Допустимое значение Коэффициент чувствительность Расчет токовой защиты от Емкостный ток линии А. Первичный ток А, где: ko=1.2 – коэффициент отстройки; kб=2.5 – коэффициент, учитывающий Чувствительность защиты: . Расчет специальной ток срабатывания А, где: kо=1.5 – коэффициент отстройки; Iнб=0.75ּIном.Т3=0.75ּ14.663=10.997 А – допустимое Коэффициент , где: А – ток однофазного КЗ за трансформатором. 5.4 Выбор На стороне 6 кВ 5.5 Расчет защиты магистрального участка сети W6-T4, W6′-T5 5.5.1 Расчет максимальной токовой защиты Ток Первичный Первичный ток где: – коэффициент отстройки для реле РТВ; – коэффициент возврата реле РТВ; kн=1.0 – коэффициент, учитывающий kз=0.7 – коэффициент загрузки – коэффициент самозапуска линии W6. По A, где: Исходя из условия ток А. Производится —ток А. А . где: – коэффициент надежности согласования окончательно принимаем А. При tс.з.Q14 ≥ tпл+tгор+Δt=0.05+0.05+0.6=0.7 c, где: tпл=0.05 с – время плавления tгор=0.05 с – время Δt=0.6 чувствительность 5.5.2 Расчет селективной токовой отсечки Отстройка кА. Проверяется надежность А. Коэффициент . 5.5.3 Проверка на десятипроцентную погрешность Проверка на 10%-ную Этому значению К10 Рассчитывается Ом, где: Ом – сопротивление реле РТМ при уставке Ом – сопротивление реле РТВ при токе срабатывания А. таким образом, Ом больше чем допустимое А Определяем максимальная кратность Допустимое значение Коэффициент чувствительность 5.5.4 Расчет Емкостный ток линии А. Первичный ток А, где: ko=1.2 – коэффициент отстройки; kб=2.5 – коэффициент, учитывающий Чувствительность защиты: . 5.5.5 Расчет ток срабатывания А, где: kо=1.5 – коэффициент отстройки; Iнб=0.75ּIном.Т4=0.75ּ14.663=10.997 А – допустимое
5.6 Расчет уставок АВР на секционном выключателе QB2 Расчет тока срабатывания По условию согласования с А, где: kн.с.=1.5 – для реле типа РТВ. По условию обеспечения где: ko=1.2…1.4 для реле типа РТВ. ближайшая уставка для С учётом редкого режима 5.7 Расчет защиты линии W3 Предусматривается 5.7.1 Расчет уставок МТЗ на выключателе Q3 производится согласование А. По условию несрабатывания где: k0 = 1.1…1.2 и производится согласование При этом наибольший ток где: МВА – полная мощность КЗ в точке К-2. При ближайшая уставка на реле РТ-80 равна 9 Проверяем Проверяем . Время срабатывания: tc.з.Q3= tc.з.QB2+Δt=0.7+0.6=1.3 c. В данном случае ток срабатывания отсечки где: kост = 1.0, если принять Uост = 0.5. При токе срабатывания А, кратность отсечки равна Вывод 1. 2. 3. список 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Скрипко В. К. Выбор электрооборудования и релейной защиты 13. Скрипко В. К. Релейная защита и автоматика систем
прохождения периодической составляющей тока КЗ в точке КЗ К-1 кабель сечением 95
мм2 подходит.
тока КЗ в точке К-2
сопротивление со стороны энергосистемы для точки К-2:
шинах РП со стороны энергосистемы и двигателей при включенном секционном
выключателе QB2:
учета подпитки от АД:
от АД учитывается.
кабеля W6 равен IтерW6=3.282
кА, а кабеля W5 – IтерW5=2.051.
следовательно сечение этих кабелей увеличим до q=35 мм2, тогда:
([5], табл. 3.5).
прохождения периодической составляющей тока КЗ в точке КЗ К-2 сечение кабелей W5 и W6 мы вынуждены увеличить до 35 мм2.
тока КЗ в точке К-3
сопротивление со стороны энергосистемы для точки К-3:
кабеля отходящего от РП: мм2, тогда:
([5], табл. 3.5).
расчет токов КЗ
распределительной сети представлена на рис. 4.
схемах замещения, начиная со схемы на рис. 4, в скобках указаны сопротивления
элементов схемы в именованных единицах в минимальном режиме для определения
минимальных значений токов КЗ, а без скобок — в максимальном режиме.
тока КЗ в точке К-1
сопротивления силового трансформатора ГПП с учётом работы устройства РПН.
соответствующие крайним ответвлениям:
трансформатора ([13] табл. П1.2).
трансформаторов в максимальном и минимальном режимах:
максимальное сопротивление короткого замыкания трансформатора ([13] табл.
П1.2);
минимальное сопротивление короткого замыкания трансформатора ([13] табл. П1.2).
наибольшее сопротивления трансформатора, отнесенные к стороне 6.3 кВ:
сопротивление от системы до точки К-1 максимальном и минимальном режимах:
минимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-1:
двухфазного КЗ в точке К-1:
тока КЗ в точке К-2
минимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-2:
двухфазного КЗ в точке К-2:
тока КЗ в точке К-3
сопротивление от системы до точки К-3 максимальном и минимальном режимах:
минимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-3:
двухфазного КЗ в точке К-3:
тока КЗ в точке К-4
сопротивление от системы до точки К-4 максимальном и минимальном режимах:
минимальное значения тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-4:
тока КЗ в точке К-5
сопротивления от системы до точки К-5 в максимальном режиме. Определим полное
сопротивление трансформатора Т3, приведенное к стороне ВН:
трансформатора Т3, приведенное к стороне ВН:
трансформатора Т3, приведенное к стороне ВН:
сопротивление от системы до точки К-5 в максимальном режиме:
тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-5 приведенное к стороне НН (Uнн=0.4 кВ):
полное сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
цехового трансформатора отнесенное к стороне НН;
трансформатора отнесенное к стороне ВН;
приведенное к стороне НН;
(250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ, протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
сопротивление токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)
([12] табл. 2.4);
контактов коммутационных аппаратов цепи КЗ;
сопротивление дуги в разделке кабеля, отходящего от секции шин 0.4 кВ ([12] табл.
П2.2).
сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
до цехового трансформатора в минимальном режиме приведенное к стороне НН;
цехового трансформатора в минимальном режиме приведенное к стороне ВН;
трансформатора, приведенное к стороне НН;
(250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ, протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
сопротивление токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)
([12] табл. 2.4).
тока трехфазного КЗ вблизи секции шин 0.4 кВ с учетом активного сопротивления
дуги:
трехфазного КЗ в точке К-5, отнесенное к стороне ВН:
тока КЗ в точке К-6
сопротивления от системы до точки К-6 в максимальном режиме. Определим полное
сопротивление трансформатора Т5, приведенное к стороне ВН:
трансформатора Т5, приведенное к стороне ВН:
трансформатора Т5, приведенное к стороне ВН:
от системы до точки К-6 в максимальном режиме:
тока при металлическом трёхфазном КЗ в точке К-6 приведенное к стороне НН (Uнн=0.4 кВ):
полное сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
цехового трансформатора отнесенное к стороне НН;
трансформатора отнесенное к стороне ВН;
приведенное к стороне НН;
(250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ, протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)
([12] табл. 2.4);
контактов коммутационных аппаратов цепи КЗ;
сопротивление дуги в разделке кабеля, отходящего от секции шин 0.4 кВ ([12]
табл. П2.2).
сопротивление цепи КЗ, приведенное к стороне НН:
до цехового трансформатора в минимальном режиме приведенное к стороне НН;
цехового трансформатора в минимальном режиме приведенное к стороне ВН;
трансформатора, приведенное к стороне НН;
(250 А) от трансформатора до секции шин 0.4 кВ, протяженностью 10 м ([12] табл. П2.3);
сопротивление токовых катушек и контактов автоматического выключателя QF3 с номинальным током 400 А (рис. 1)
([12] табл. 2.4).
тока трехфазного КЗ вблизи секции шин 0.4 кВ с учетом активного сопротивления
дуги:
трехфазного КЗ в точке К-5, отнесенное к стороне ВН:
определение токов самозапуска промышленной нагрузки
тока самозапуска отходящей от РП линии W5
нагрузки, отнесенное к номинальной мощности трансформатора и среднему значению
междуфазного напряжения стороны ВН:
нагрузки [12].
замещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
тока самозапуска линии W6′
нагрузки, отнесенное к номинальной мощности трансформатора и среднему значению
междуфазного напряжения стороны ВН:
замещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
тока самозапуска отходящей от РП линии W6
сопротивление нагрузки при самозапуске:
замещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
А – номинальный ток линии W6.
тока самозапуска смешанной нагрузки линии W3, питающей РП
асинхронного электродвигателя М3 ([6] табл. 4.6).
сопротивление нагрузки при самозапуске:
замещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
остальной нагрузки.
тока самозапуска смешанной нагрузки линии W4, питающей РП.
асинхронного электродвигателя М4([6] табл. 4.6).
сопротивление нагрузки при самозапуске:
замещения (рис. 4), эквивалентное сопротивление при самозапуске равно:
остальной нагрузки линии.
установок релейной защиты
установок релейной защиты асинхронных двигателей М3 и М4 марки
2АЗМ-800/6000УХЛ4
электродвигателях напряжением выше 1000 В устанавливают защиту от следующих
видов повреждений и ненормальных режимов [1]: многофазных КЗ в обмотке статора
и на ее выводах; замыканий на землю в обмотке статора; токов перегрузки; потери
питания. защиту от многофазных замыканий устанавливают на всех АД, она
действует на отключение АД.
от междуфазных повреждений
защиты от междуфазных КЗ предусматриваем токовую отсечку с использованием реле
РТ-80. Составляющая сверхпереходного тока от электродвигателя, протекающая
через трансформатор тока при внешнем КЗ при условии, что до КЗ электродвигатель
работал с номинальной нагрузкой:
отсечки рассчитывается по выражению:
апериодическую составляющую тока КЗ и погрешность реле РТ-80;
токи трансформаторов тока;
чувствительность защиты:
от замыкания на землю обмотки статора
установки токовой защиты от замыкания на корпус обмотки статора асинхронного
электродвигателя, подключенного к сети с изолированной нейтралью. Суммарный
емкостной ток сети по условию задания А. Электродвигатель связан с РП линией сечением 70
мм2 длиной 50 м. Реле защиты подключено к ТТНП типа ТЗЛМ.
двигателя определяется по выражению:
электродвигателя;
электродвигателя.
электродвигателя вычисляется по формуле:
входящей в зону защиты, определяется по выражению:
длины линии ([13] табл. 3);
линии.
собственного емкостного тока защищаемого присоединения определяется как сумма
емкостных токов электродвигателя и линии от места установки ТТНП до линейных
выводов электродвигателя:
срабатывания защиты определяем по выражению:
принимаемый равным 1.2¸1.3;
бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуг. Для реле типа
РТЗ-51 kб = 2¸2.5.
значение А оказывается
меньше А ([13] табл. 5),
защиту приходится загрубить, приняв А. Согласно ПУЭ не требуется проверка чувствительности
защиты ЭД от однофазных замыканий на землю. Рекомендуется обеспечивать условие:
от потери питания
ЭД неответственных механизмов предусматривается защита минимального напряжения
с действием на отключение с выдержкой времени 0.5 – 1.5 с.
напряжении трансформаторов напряжения 100 В: В.
от перегрузки
электродвигателя рассчитывается по выражению:
на отключение;
серии РТ-80.
А. Тогда кратность отсечки
составит , что выполнимо
для этих реле.
перегрузки выбирается из условия надёжного несрабатывания защиты при пуске
электродвигателя:
погрешность производится по методике с помощью кривой предельных кратностей.
фактическое сопротивление нагрузки на ТА1 при двухфазном КЗ на выводах 6 кВ
силового трансформатора, т.е. в зоне действия МТЗ, по выражению:
трансформатора тока до реле;
здесь S — потребляемая мощность реле РТ при
втянутом якоре и токе срабатывания (по каталогу завода-изготовителя).
выполняющего роль ЭО.
больше 10%. Отсюда погрешность f=66%
() ([13] рис.П6.1).
реле отсечки после дешунтирования ЭО:
однорелейной отсечки ЭД обеспечивается при реальной погрешности ТТ.
вводного QF1(QF2) и секционного QF3 выключателей и расчет их установок
НН силового трансформатора Т3 равен:
соответствует ток самозапуска:
линии W5.
перегрузки трансформатора максимальный ток нагрузки равен:
минимальное значения тока при трехфазном КЗ за трансформатором в точке К-5,
отнесенные к напряжению 0.4 кВ, равны:
от перегрузки вводного выключателя серии ВА с полупроводниковым расцепителем
БПР равен:
ВА53-41 с номинальным током Iном.в=400
А ([13] табл. П.3.1). выбираем номинальный ток расцепителя:
срабатывания защиты от перегрузки:
времени 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=2.27
по характеристике ([13] рис. П.3.1) не превышает 50 с. Таким образом, условие
для тяжелых условий пуска (самозапуска) нагрузки выполняется.
срабатывания селективной отсечки вводного выключателя QF1 (QF2)
по следующим условиям.
при самозапуске нагрузки:
защиты питающего секцию ввода QF1,
при действии АВР секционного выключателя QF3, подключающего к этой секции нагрузку другой секции,
потерявшей питание:
секции, потерявшей питание и включившейся от АВР.
увеличение тока двигателей не терявшей питание секции при снижении напряжения
вследствие подключения нагрузки другой секции. При небольшой доле двигательной
нагрузки равен 1.0.
трансформатора.
шкале равной 5, что соответствует току срабатывания отсечки.
при КЗ в точке К-5:
запаса;
([9] табл. 33).
выполняется.
выбранного выключателя о условию электродинамической стойкости при значении kуд=1.7 ([14] табл. 2.45):
электродинамической стойкости при КЗ выполняется.
отсечки для QF1 и QF2 устанавливаем 0.3 с, а для QF3 – 0.2 c.
схема для выбора установок релейной защиты блока представлена на рис.4.
данном случае релейная защита на стороне 6.3 кВ может быть выполнена с помощью
вторичных реле тока типа РТВ и РТМ так как на РП предусматривается установка
выключателей типа ВМПП-6.
срабатывания максимальной токовой защиты МТЗ на Q13 по условию
несрабатывания РЗ при включении дополнительной нагрузки устройством АВР (QF3):
условию обеспечения несрабатывания МТЗ при восстановлении питания действием АВР
после безтоковой паузы:
пусковых органов защиты в начальное положение после их срабатывания при
отключении внешнего КЗ:
согласование МТЗ на Q13 блока W5-T3 с отсечкой автоматического выключателя QF1:
срабатывания автоматического выключателя QF1, приведенный к стороне 6.3 кВ:
реле типа РНТ с автоматическим выключателем ВА [13].
трансформации трансформаторов тока ТА1 ток срабатывания реле РТВ (1, 2, 3) будет равен:
РТВ в схеме неполной звезды чувствительность защиты одинакова при трёхфазном и
всех видах двухфазного КЗ за трансформатором со схемой соединения обмоток D/ [13]:
землю 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).
предусматриваться специальная токовая защита от КЗ на землю на стороне 0.4 кВ.
выбирается по условию отстройки от максимального значения тока КЗ за
трансформатором. При установке двух реле РТМ (4, 5 на рис.4) ток срабатывания
отсечки:
чувствительности отсечки определяется при двухфазном КЗ на выводах 6 кВ
силового трансформатора (точка К-3) при условии, что погрешность трансформатора
тока ТА1 не превышает 10 % [8]:
чувствительности с учетом реальной погрешности трансформаторов тока.
схему с совместным включением реле РТВ и РТМ на одну обмотку класса Р трансформатора
тока 6 кВ типа ТПЛ .
погрешность производится по методике с помощью кривой предельных кратностей . Предельная кратность
определяется по выражению:
соответствует Ом, при котором
, а токовая погрешность f несколько меньше 10% ([13] рис.П6.1).
фактическое сопротивление нагрузки на ТА1 при двухфазном КЗ на выводах 6 кВ
силового трансформатора, т.е. в зоне действия МТЗ, по выражению:
реле 20 А .
значения Ом, и следовательно,
погрешность трансформатора тока большее 10% .
чувствительность отсечки с учётом действительной погрешности трансформаторов
тока. Погрешность трансформаторов тока f определяется при максимальном токе КЗ. При коэффициенте
чувствительности равном 1.5 для токовой отсечки блока линия — трансформатор:
тока:
предельной кратности при
определённом значении Ом.
Коэффициент , отсюда погрешность
f=45% ([13] рис.П6.2).
чувствительности отсечки при двухфазном КЗ в точке К-3:
обеспечивается при реальной погрешности. Таким образом, отсечку можно считать
основной защитой блока, такая схема защиты может быть использована при заданных
условиях. Термическая стойкость кабеля W5 обеспечивается.
однофазных замыканий на землю в обмотке или на выводах трансформатора, а так же
питающей линии 6 кВ.
определяется как:
срабатывания защиты, выполненной на реле типа РТЗ-51, выбирается из условия
несрабатывания защиты от броска собственного емкостного тока линий при внешнем
перемежающемся замыкании на землю:
бросок собственного емкостного тока.
токовой защиты нулевой последовательности на стороне НН трансформатора.
специальной токовой защиты нулевой последовательности от КЗ на землю на стороне
НН трансформатора выбирается из условия отстройки токов небаланса в нулевом
проводе, куда включен трансформатор тока с реле KAZ (рис.4):
чувствительности:
плавких предохранителей для защиты трансформаторов Т4 и Т5 магистрального
участка сети
трансформаторов Т3 и Т4 выбираем кварцевые предохранители 6 кВ типа
ПКТ101-6-20-20У3, номинальный ток которого Iном=20 А. Ток отключения 20 кА значительно больше, чем
максимальный ток КЗ в точке К-3, равный 9.931 кА.
защиты на Q14 выбирается по наиболее тяжелому
условию обеспечения несрабатывания на отключение защиты линии W6 при послеаварийных перегрузках.
ток срабатывания МТЗ на Q14
при отключении трехфазного КЗ на отходящем элементе (точка К-6 рис.3) заведомо
меньше, чем при других послеаварийных режимах.
срабатывания максимальной токовой защиты МТЗ на Q14 по условию
несрабатывания РЗ при включении дополнительной нагрузки устройством АВР (QF3):
увеличение тока двигателей не терявшей питание секции при снижении напряжения
вследствие подключения нагрузки другой секции. При небольшой доле двигательной
нагрузки равен 1.0;
трансформатора;
условию обеспечения несрабатывания МТЗ при восстановлении питания действием АВР
после безтоковой паузы:
Iн.max=1.4ּIном.Т4+ Iном.Т5=1.4ּ14.633+14.633=35.191 А – максимальный
ток нагрузки линии W6.
согласования по току с предохранителями принимаем А.
срабатывания реле РТВ равен:
согласование МТЗ на Q14 магистрального участка с отсечкой автоматического выключателя
QF2:
срабатывания автоматического выключателя QF2, приведенный к стороне 6.3 кВ:
реле типа РНТ с автоматическим выключателем ВА [13].
ступени селективности 0.6 с МТЗ на Q14 должна иметь выдержку времени в независимой части:
предохранителя три токе КЗ равном 9.931 кА (точка К-3);
горения дуги;
с – ступень селективности.
МТЗ на Q14 в основной зоне:
от максимального тока внешнего КЗ:
отстройки отсечки от броска тока намагничивания трансформаторов:
чувствительности отсечки определяется при двухфазном КЗ на выводах 6 кВ
силового трансформатора (точка К-4) при условии, что погрешность трансформатора
тока ТА1 не превышает 10 % [8]:
погрешность производится по методике с помощью кривой предельных кратностей . Предельная кратность
определяется по выражению:
соответствует Ом, при
котором , а токовая погрешность f несколько меньше 10% ([13] рис.П6.1).
фактическое сопротивление нагрузки на ТА1 при двухфазном КЗ на выводах 6 кВ
силового трансформатора, т.е. в зоне действия МТЗ, по выражению:
реле 20 А .
значения Ом, и следовательно,
погрешность трансформатора тока большее 10% .
чувствительность отсечки с учётом действительной погрешности трансформаторов
тока. Погрешность трансформаторов тока f определяется при максимальном токе КЗ. При коэффициенте
чувствительности равном 1.5 для токовой отсечки блока линия — трансформатор:
тока:
предельной кратности при
определённом значении Ом.
Коэффициент , отсюда погрешность
f=45% ([13] рис.П6.2).
чувствительности отсечки при двухфазном КЗ в точке К-3:
обеспечивается при реальной погрешности. Таким образом, отсечку можно считать
основной защитой магистрального участка, такая схема защиты может быть использована
при заданных условиях.
токовой защиты от однофазных замыканий на землю в обмотке или на выводах
трансформатора, а так же питающей линии 6 кВ
определяется как:
срабатывания защиты, выполненной на реле типа РТЗ-51, выбирается из условия
несрабатывания защиты от броска собственного емкостного тока линий при внешнем
перемежающемся замыкании на землю:
бросок собственного емкостного тока.
специальной токовой защиты нулевой последовательности на стороне НН
трансформаторов Т4 и Т5
специальной токовой защиты нулевой последовательности от КЗ на землю на стороне
НН трансформаторов Т4 и Т5 выбирается из условия отстройки токов небаланса в
нулевом проводе, куда включен трансформатор тока с реле KAZ (рис.4):
МТЗ.
наиболее грубой МТЗ на выключателе Q14 магистрального участка
несрабатывания МТЗ при восстановлении питания после безтоковой паузы:
реле РТВ равна 10А (при ),
таким образом, А.
Коэффициенты чувствительности при КЗ в точках К-2 и К-4 больше требуемых,
например для точки К-3:
работы через QB2 уставка по времени МТЗ-3 может быть
принята с.
установка защиты с реле тока косвенного действия типа РТ-81/1 с использованием
постоянного оперативного тока.
по чувствительности с МТЗ на секционном выключателе QB2 согласно условию 7.6 [12]:
МТЗ, при действии АВР на QB2
после повреждения линии W4 ток
срабатывания МТЗ равен:
kв=0.8 для реле РТ-80.
с токовой отсечкой ЭД М3 при включенном секционном выключателе QB2:
нагрузки учитывается, если остаточное напряжение на шинах РП оказывается не
ниже 0.8Uном
А, таким образом А.
чувствительность защиты в основной зоне в точке К-2:
чувствительность защиты в резервной зоне в точке К-3:
селективная мгновенная отсечка, отстроенная от максимального тока КЗ в точке
К-2, не проходит по чувствительности при КЗ в точке К-1 (в начале линии W3), поэтому следует выполнить
неселективную отсечку в сочетании с АВР на QB1.
равен:
реле отсечки:
44.1/9 = 4.9, что выполнимо на реле РТ-81/1(диапазон от 2 до 8).
Выбранная коммутационная и защитная аппаратура обеспечивает термическую и
электродинамическую стойкость электрооборудования и силовых кабелей при возникновении
токов КЗ.
Зависимые времятоковые характеристики защитных устройств на смежных элементах
сети хорошо согласуются между собой по условию селективности и обеспечивают
достаточное быстродействие при близких КЗ. чувствительность релейной защиты
внутризаводского электроснабжения удовлетворяет требованию ПУЭ.
Принятые технические решения отвечают требованиям действующих директивных
материалов, стандартов и правил устройства электроустановок.
литературы
ПУЭ: Минэнерго
СССР.- М.: Энергоатомиздат, 1986 г. — 648 с.
Справочник по
проектированию электроэнергетических систем: Под ред. Рокотяна С.С. и Шапиро
И.М. — М.: Энергоатомиздат, 1985 г. — 352 с.
Рожкова Л.Д.,
Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. — М.: Энергоатомиздат, 1987 г. — 648 с.
Справочник по
электрическим установкам высокого напряжения: Под ред. И.А. Баумштейна, С.А.
Бажанова. — М.: Энергоиздат, 1989 г. — 768 с.
А.А. Федоров,
Л.Е. Старкова. Учебное пособие для курсового дипломного проектирования. — М.: Энергоатомиздат,
1987 г. — 368 с.
Неклепаев Б.Н.,
Крючков Н.П. электрическая часть электростанций и подстанций. -М.:
Энергоатомиздат, 1989 г. — 608 с.
Справочник по
электроснабжению промышленных предприятий. / А.С. Овчаренко и др. Киев: Технiка, 1985 г. — 279 с.
Шабад М.А.
Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. — Л.:
Энергоатомиздат, 1985 г. — 296 с.
Беляев А.В. Выбор
аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. — Л.: Энергоатомиздат, 1988 г. — 176 с.
Голоднов Ю.М.
Самозапуск электродвигателей. — М.: Энергоатомиздат, 1985 г. — 136 с.
Сборник
директивных материалов по эксплуатации энергосистем (электрическая часть). —
М.: Энергоиздат, 1981 г. — 632 с.
внутризаводского электроснабжения промышленных предприятий: Учебное пособие. –
Омск: ОмГТУ, 2000 г. – 80 с.
электроснабжения промышленных предприятий: Методические указания к курсовой
работе. – Омск: ОмГТУ, 1994 г. – 32 с.
Учебная работа. Релейная защита и автоматика СЭС