Расчет тока срабатывания пускового реле на трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

"Рязанский государственный агротехнологический университет

имени П.А. Костычева"

Кафедра "Электроснабжения"

Расчётно-графическая работа

на тему: "Расчет тока срабатывания пускового реле на трансформаторной подстанции 6/0,4 кВ"

по дисциплине: "Релейная защита"

Выполнил: студент 2 курса магистратуры

инженерного факультета

направления подготовки: "Агроинженерия"

Малдыбаева Э.

Проверил: Гобелев С.Н.

Рязань - 2017

Содержание

Введение

1. Трансформаторные подстанции на напряжение 6-10 / 0,38 кВ в распределительных сетях

2. Назначение

3. Применение

4. Параметр срабатывания

5. Схемы подключения токовых реле

Выводы

Список литературы



Введение

Реле предназначены для отключения защищаемых цепей при превышении допустимой величины потребляемого тока. Возможно использование реле для защиты цепей и источников питания от перегрузки по току и короткого замыкания.

Реле тока реагируют на величину тока и могут быть:

· первичные, встроенные в привод выключателя (РТМ);

· вторичные, включенные через трансформаторы тока: электромагнитные - (РТ-40), индукционные - (РТ-80), тепловые - (ТРА), дифференциальные - (РНТ, ДЗТ), на интегральных микросхемах - (РСТ), фильтр - реле тока обратной последовательности - (РТФ).

Реле серий ЭТ и ЭН сняты с производства, взамен их выпускаются реле РТ и РН. Обе серии имеют общий принцип действия, а различаются они формой магнитопровода и расположением поворотного якоря относительно магнитной системы. Это позволяет разработать общую инструкцию на обе серии.

Настоящая Инструкция распространяется на реле максимального (минимального) тока и напряжения серий ЭТ, РТ, ЭН, РН (ГОСТы 3698-65 и 3699-65), монтируемые на вертикальной плоскости в стационарных устройствах релейной защиты и электроавтоматики, реагирующие на изменение тока или напряжения и воздействующие на электрические цепи включающих, отключающих или сигнальных устройств.



1. Трансформаторные подстанции на напряжение 6-10 / 0,38 кВ в распределительных сетях

Трансформаторные подстанции 6...10/0,38 кВ, которые часто называют потребительскими, предназначены для питания распределительных линий напряжением 0,38 кВ, в большинстве случаев трехфазных четырехпроводных с заземленной нейтралью.

В распределительных сетях используются как однотрансформаторные, так и двухтрансформаторные подстанции мощностью от 25 до 630 кВ-А в большинстве случаев наружной установки. При специальном обосновании могут устанавливаться закрытые трансформаторные подстанции (ЗТП). В настоящее время в большинстве случаев проектируются сети с комплектными трансформаторными подстанциями наружной установки, хотя для потребителей первой категории по надежности электроснабжения все более широко используются ЗТП. В эксплуатации находятся также мачтовые трансформаторные подстанции наружной установки.

Основные схемы первичных соединений распределительного устройства 10 кВ комплектной трансформаторной подстанции (КТП) приведены на рисунке 1 (в некоторых схемах не показаны дополнительные разъединители, которые могут устанавливаться на концевых опорах для присоединения КТП к линиям). Комплектная трансформаторная подстанция тупикового типа с одним трансформатором (рис. 1, а) широко применяется для электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Разъединитель, как правило, устанавливают на концевой опоре линии 10 кВ, а предохранители 10 кВ - в КТП. Вместо разъединителя в цепи трансформатора при соответствующем обосновании может быть использован выключатель нагрузки. Схема б также с одним трансформатором и шинами с выключателями нагрузки может применяться в сетях 10 кВ, не только с односторонним, но и с двусторонним питанием, когда по условиям надежности допускаются ручные послеаварийные переключения. Трансформатор присоединяют к шинам через разъединитель и предохранители.

Рисунок 1. Главные схемы соединений распределительного устройства РУ 10 кВ трансформаторных подстанций 10/0,38 кВ

2. Назначение

Возможно использование реле для защиты цепей и источников питания от перегрузки по току и короткого замыкания. В условиях эксплуатации возможны повреждения отдельных элементов системы электроснабжения. В ряде случаев повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды, совершенно очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Поэтому для определения места повреждения и подачи сигнала на отключение соответствующих выключателей устанавливаются специальные автоматические устройства, называемые релейной защитой. Релейная защита в зависимости от аварийной ситуации может действовать на отключение или на сигнал.

Релейная защита - только часть автоматики, получившая применение в системах раньше других автоматических устройств. Вместе с тем, одна релейная защита не в состоянии обеспечить надежность и бесперебойность электроснабжения. В этом нетрудно убедиться на примере рассмотренных схем электроснабжения. Распределительную подстанцию в сетях напряжением 6-10 кВ обычно выполняют в виде двух секций. Каждая питающая линия связана только со своей секцией и обеспечивает питание потребителей только своей секции. При повреждении одной из линий и ее отключении соответствующая секция обесточивается, а электроснабжение ее потребителей прекращается. Электроснабжение потребителей может быть восстановлено, если включить секционный аппарат. Эта операция должна быть осуществлена возможно быстрее для потребителей первой категории, поэтому в качестве секционного аппарата используется выключатель используется устройство автоматики, получившее название автоматического включения резерва - АВР. Опыт эксплуатации быстрого отключения до 70-90 % повреждений самоустраняются, а линия, включенная повторно, остается в работе. Повторное включение осуществляется с помощью автоматики - устройством, получившим название автоматического повторного включения - АПВ.

- принцип действия и схемы основных защит, применяющихся в сельских электрических сетях.

- возможные схемы соединения измерительных трансформаторов тока для подключения устройств релейной защиты.

- рассчитывать параметры срабатывания основных защит.

3. Применение

Применяют в случаях, когда одновременная работа всех потребителей приводит к перегрузке питающей сети (ввод электропитания рассчитан на меньшую мощность, чем мощность потребителей, введение лимитов потребления электроэнергии и т. п.). Потребители разбиваются на две группы: приоритетные, отключение которых от сети питания крайне нежелательно (компьютеры, теле- и видеоаппаратура, системы обработки данных и т. п.) и не приоритетные (электронагреватели, различного рода вспомогательное оборудование, электроплиты, электрочайник и т. п.). Ток срабатывания реле устанавливают таким образом, чтобы не допустить перегрузки питающей сети (отключения вводного автомата).

Катушки токовых реле выполняются с малым количеством витков из провода большого сечения и поэтому имеют небольшое сопротивление, а катушки реле напряжения - с большим количеством витков из провода меньшего сечения, чем катушки токовых реле, и поэтому обладают большим сопротивлением.

Реле максимального тока срабатывает, когда проходящий через его катушку ток достигает заранее установленного значения, называемого током срабатывания. При уменьшении тока до определенной величины, называемой током возврата, подвижная система реле возвращается в исходное положение. Отношение тока возврата к току срабатывания называется коэффициентом возврата, который у большинства современных реле находится в пределах 0,8-0,9.

В реле максимального тока мгновенного действия по обмоткам катушек 6, расположенных на полюсах магнитопровода 7, протекает ток от трансформатора тока, включенного в рабочую цепь электроустановки или рабочий ток установки (если его величина не превышает допустимых для реле значений). Когда ток достигнет или превысит величину установленного тока срабатывания, стальной якорь 5 под влиянием магнитного потока, преодолевая противодействие пружины 2, повернется вместе с осью по часовой стрелке, и контактный мостик 3, укрепленный на оси, замкнет верхнюю пару 4 и разомкнет нижнюю пару неподвижных контактов. Возврат подвижной системы контактов реле в исходное положение при уменьшении тока в катушках происходит под действием пружины 2. Для плавной регулировки тока срабатывания служит рычаг 1, кроме того, величину этого тока можно изменять, переключая обмотки катушек. При последовательном соединении катушек каждая обтекается вдвое большим током, чем при параллельном, в результате этого ток срабатывания реле будет в два раза меньше.

4. Параметр срабатывания

Параметр срабатывания - это значение влияющего параметра (тока, напряжения и т. д.), при котором реле срабатывает.

Заданное пороговое (граничное) значение воздействующей величины, при котором реле должно сработать, называется уставкой, а положение указателя на шкале реле, соответствующее этому значению, называется уставкой по шкале.

Параметр возврата - это значение влияющего параметра, при котором реле возвращается в исходное положение.

Коэффициент возврата К_в - отношение параметра возврата к параметру срабатывания.

Для максимальных реле К_в<1, для минимальных К_в>1.

Погрешность срабатывания - отклонение параметра срабатывания реле от уставки, выраженное в процентах, например:

, (8.1)

где I_{с. р.} - ток срабатывания реле при данной уставке;

I_у - уставка тока срабатывания.

Принцип действия электромагнитных реле основан на взаимодействия магнитного поля обтекаемой током обмотки с ферромагнитным якорем.

Принципиальные электрические схемы внутренних соединений реле ЭТ, РТ, ЭН, РН представлены на рис. 2 и 3.

Рис. 2. Схемы внутренних соединений реле: а) - ЭТ-521, ЭН-524 и ЭН-524/М; б) - ЭТ-522, ЭН-528; в) - ЭТ-523, ЭН-526, ЭН-529, ЭН-526/60Д-М; г) - РТ-40; д - РН-53, РН-54, РН-53/60Д; е) - РТ-40/1Д; ж)- РТ-40/Ф; з) - РТ-40/Р; и) - РН-51/М 34, РН-51/М 56; к) - РН-51/М 78

Рис. 3. Схемы внутренних соединений: а - реле РНН-57; б - РН-58 ВМ - выпрямительный мост; Ф - фильтр 50 Гц; П - потенциометр; Д 1-Д 4 - стабилитроны

Оперативным током называется ток, питающий цепи дистанционного управления выключателями, устройства релейной защиты, автоматики, сигнализации, телемеханики.

Поэтому аккумуляторные батареи используются только на электростанциях и крупных подстанциях при напряжениях 110 кВ и выше.

В сельских электрических сетях чаще всего применяется переменный оперативный ток. Источниками переменного оперативного тока могут служить:

- измерительные трансформаторы тока и напряжения;

- трансформаторы собственных нужд подстанций;

- специальные блоки питания, преобразующие переменный ток в постоянный;

- предварительно заряженные конденсаторы.

Основные параметры МТЗ:

5. Ток срабатывания пусковых токовых реле выбирается таким, чтобы выполнить следующие условия:

а) защита не должна приходить в действие при прохождении по защищаемому элементу максимального тока нагрузки;

б) защита должна надежно действовать при КЗ на защищаемом участке и иметь коэффициент чувствительности (К_ч) не менее 1,5;

в) защита, как правило, должна действовать и при КЗ на смежном (резервируемом) участке и иметь коэффициент чувствительности в конце этого участка не менее 1,2.

Ток срабатывания МТЗ определяют из условия:

где К_н - коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешности реле (для реле РТ-40 и РТ-80 К_н = 1,2);

К_сзв - коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение тока нагрузки в результате самозапуска электродвигателей (К_сзп = 1,2…1,3 для линий 10 кВ);

К_в - коэффициент возврата реле (для реле РТ-40 и РТ-80 К_в = 0,8…0,85);

I_рmах - максимальный так защищаемого элемента.

Для обеспечения селективного действия последовательно установленных защит требуется, чтобы ток срабатывания каждой последующей защиты увеличивался по мере приближения к источнику. Для рассматриваемой схемы, рис. 8.9:

I_сзIII > I_сзII > I_сзI,

I_сз(n) > I_сз(n-1).

Для участков линий с учетом тока нагрузки (рабочего тока):

I_сз(n) = К_нс [I_сз(n-1) + (I_р(n) - I_р(n-1))],

где К_нс - коэффициент надежности согласования смежных защит (для реле РТ-40 К_нс = 1,2; для РТ-80 К_нс = 1,3);

I_р(n), I_р(n-1) - рабочие токи нагрузки нормального режима соответственно предыдущего и последующего участков линии.

Для защит, установленных на пунктах автоматического секционирования и резервирования, допускается принимать:

I_сз(п) = 1,1·I_сз(n-1).

Ток срабатывания реле определяют:

где - коэффициент схемы при симметричном режиме, равный 1 при соединении трансформаторов тока в полную и неполную звезду; при включении реле на разность токов двух фаз А и С ;

К_тт - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Ток уставки реле:

I_у ? I_{с р}

Чувствительность МТЗ оценивают по коэффициенту чувствительности:

,

;

I_{к min} - минимальное значение тока КЗ (в конце защищаемого участка или в конце зоны резервирования) при двухфазном КЗ I_{к max} определяется по приборам при имитации КЗ;

I_{с з} - уточненное (с учетом выбранной уставки реле) значение тока срабатывания защиты:

Для основной зоны нормируемое значение К_{ч доп} ? 1,5, для зоны резервирования К_{ч доп} ? 1,2. Если по расчету К_ч < К_{ч доп}, то необходимо повысить чувствительность, изменив схему МТЗ, или заменить ее на более совершенную защиту, или уменьшить основную зону защиты за счет установки на линии секционирующего выключателя с защитой.

Максимальное значение тока срабатывания защиты можно определить из условий обеспечения нормируемой чувствительности:

.

Выдержка времени МТЗ, согласно ступенчатому принципу, определяется:

t_{c з n} = t_{n-l max} + ?t,

при этом выдержку времени каждой последующей защиты увеличивают на ?t по сравнению с предыдущей.

Ступень селективности ?t складывается из времени отключения выключателя предыдущей п-1 защиты t_в = 0,15-0,3 с, положительной погрешности в выдержке времени этой защиты t_вр(+), отрицательной погрешности t_вр(-₎, погрешности из-за инерции индукционного элемента t_ин (для РТ-80), времени запаса:

?t = t_в + t_вр(+) + t_вр(-) + t_ин + t_зап.

Для МТЗ, выполненной на базе реле типа РТ-40 и РТ-80, ?t = 0,5…0,6 с. Ток срабатывания токовой отсечки выбирают больше максимального тока короткого замыкания в месте установки предыдущей защиты, то есть

,

где К_н - коэффициент надежности отстройки, равный 1,5 для реле РТ-80. трансформаторная релейная защита схема

Кроме того, отсечку отстраивают от бросков намагничивающих токов потребительских трансформаторов 10/0,4 кВ УЙ_нм, появляющихся при срабатывании АПВ линии:

Для линии 10 кВ:

где - суммарная установленная мощность трансформаторов 10/0,4 кВ, подключенных к защищаемому участку, кВ·А.

Селективная токовая отсечка на сельских ВЛ 10 кВ очень часто не удовлетворяет требуемой чувствительности, так как ближайшая предыдущая защита - это плавкие предохранители на ТП 10/0,4 кВ, которая обычно находится недалеко от начала линии, и поэтому ток срабатывания отсечки оказывается больше минимального или даже максимального тока трехфазного КЗ в месте установки защиты.

В этом случае применяют неселективную токовую отсечку, которая может срабатывать при КЗ в трансформаторах 10/0,4 кВ, когда должна действовать защита предохранителями, то есть неселективно. Такая неселективная отсечка применяется совместно с МТЗ и АПВ, которые исправляют неселективность ее действия, то есть при КЗ в зоне совместного действия отсечки и предыдущей МТЗ раньше срабатывает отсечка, затем АПВ включает линию снова (одновременно блокируется отсечка) и, если КЗ устойчиво, то поврежденный трансформатор или смежный участок линии отключается предыдущей защитой.

Коэффициент чувствительности токовой отсечки определяется как:

где I_{к min} - ток КЗ в месте установки отсечки.

5. Схемы подключения токовых реле

Разобрав устройство и назначение реле тока, можно перейти к вопросу их подключения. Существует два основных варианта - непосредственно или через трансформатор тока.

Непосредственно могут подключаться реле к электроустановкам напряжением до 1000В. Это связано с тем, что при большем напряжении размеры реле пришлось бы значительно увеличивать для обеспечения соответствующей изоляции и протекания больших токов. А из-за этого увеличилась бы и цена реле.

Рис. Токовое реле

Рис. Непосредственное подключение токового реле

· Потребители до 1000В обычно не самые ответственные, поэтому защита реализуется на одной или двух фазах. Но возможен вариант реализации защит и на всех трех фазах. Для этого просто последовательно с нагрузкой включается катушка токового реле на одной или нескольких фазах.

· Многие токовые реле содержат две катушки. Для них может применяться последовательное или параллельное соединение обмоток реле тока. Это необходимо для изменения пределов срабатывания реле.

· В качестве примера, возьмем реле РТ 40. При параллельном подключении катушек, ток срабатывания варьирует в пределах 0,1-100А. При последовательном подключении обмоток, предел срабатывания можно регулировать в пределах 0,2-200А.

Обратите внимание! Если вам необходим предел срабатывания в 0,1-100А, то в принципе вы можете вовсе не подключать вторую обмотку.

Рис. Трансформатор тока 6-10кВ

Рис. Трансформатор тока 110кВ и выше

· Значительно чаще, электрические схемы соединения реле тока предполагают использование трансформаторов тока. Эти устройства позволяют преобразовать любой ток до значений в 1 или 5 А.

Рис. Схема подключения реле тока через трансформатор тока



Выводы

Реле предназначены для отключения защищаемых цепей при превышении допустимой величины потребляемого тока.

В Инструкции кратко освещен принцип действия реле и дан анализ основных факторов, влияющих на их надежную работу. Описаны конструкции различных модификаций реле и приведены технические характеристики как выпускаемых, так и снятых с производства, но находящихся в эксплуатации реле.

Данная Инструкция устанавливает методику и последовательность регулировки и наладки реле, а также объем различных видов технического обслуживания и является руководящим материалом для работников служб релейной защиты, электроавтоматики, измерений (РЗАИ).

В устройствах релейной защиты наиболее широко распространены токовые реле, реагирующие на недопустимое увеличение тока в защищаемой цепи, и реле минимального напряжения, реагирующие на снижение ниже определенного значения или полное исчезновение напряжения. Токовые реле включаются последовательно, а реле напряжения - параллельно защищаемой цепи.

В качестве источников постоянного оперативного тока на подстанциях используются аккумуляторные батареи, которые являются независимым и наиболее надежным источником питания оперативных цепей. Однако это дорогостоящее устройство, требующее наличия специального отапливаемого помещения с вентиляцией, квалифицированного обслуживающего персонала, зарядного и подзарядного агрегатов и т.п.

Но тут следует помнить, что трансформаторы тока и вся вторичная коммутация работают в режиме близком к короткому замыканию. Поэтому разкорачивание таких цепей чревато повреждением трансформатора тока, а также серьезными последствиями для человека. Поэтому прежде чем выполнять какие-либо переключения в токовых цепях их следует закоротить перемычкой или же производить переключения на электрооборудовании, выведенном в ремонт.



Список литературы

1. Переносные устройства для наладки электроустановок/О.А. Гильчер, А.К. Кудрявцев, В.П. Кудряков и др. М.: Энергия, 1980.

2. Общая инструкция по проверке устройств релейной защиты, электроавтоматики и вторичных цепей. М.: Энергия, 1975.

3. Фокин Г.Г., Хомяков М.Н. Панели дистанционных защит ПЗ-2/1 и ПЗ-2/2. М.: Энергия, 1975.

4. Таубес И.Р. Релейная защита мощных турбогенераторов. М: Энергоиздат, 1981.

5. Вавин В.Н. Релейная защита блоков генератор-трансформатор. М.: Энергоатомиздат, 1983.

6. Гомберг А.Е. Описание, монтаж и наладка газового реле. М.: Главтехстройпроект Минэнерго ССС Экспресс-информация. № 9, 1969.

7. Инструкция по наладке и эксплуатации газовой защиты с реле РГЧЗ-66М. М.: СЦНТИ ОРГРЭС, 1971.

8. Инструкция по эксплуатации газовых реле и реле защиты трансформаторов и устройств РПН. М.: СПО "Союзтехэнерго", 1979.

9. Справочник реле защиты и автоматики/Под ред. М.Э. Хейфица. М.: Энергия, 1972.

10. Справочник по наладке электрооборудования электростанций и подстанций/Под ред. Э.С. Мусаэляна. М.: Энергоатомиздат, 1984.

11. Инструкция по наладке, проверке к эксплуатации реле прямого действия. М.: СПО ОРГРЭС, 1975.

12. Гельфанд Я.О. Голубев М.П., Царев М.И. Релейная защита и электроавтоматика на переменном оперативном токе. - 2-е изд., перераб. и доп./Под ред. М.И. Царева. М.: Энергия, 1973.

Размещено на Allbest.ru

...