Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ОТКРЫТЫЙ ИНСТИТУТ

ЦЕНТР ИНТЕГРИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБРАЗОВАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСОВОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ

по дисциплине

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

Исходными данными для проектирования являются:

1) электрическая схема первичных соединений системы электроснабжения с указанием типов и мощностей электрооборудования, длин линий электропередач, номинальных напряжений и мощностей нагрузок (рис.1.1);

2) суммарная длина кабельных линий 6-10 кВ;

3) тип привода выключателей;

4) максимальное время срабатывания релейных защит присоединений;

характеристика двигателя (ответственный, неответственный).

Рис. 1.1 Схема первичных соединений системы электроснабжения

В случае выполнения комплексного проекта по курсам “Электрическая часть станций и подстанций” и “Релейная защита и автоматика”, результаты проектирования по курсу “Электрическая часть станций и подстанций” являются исходной информацией для выполнения задания по курсу “Релейная защита и автоматика”, и необходимость исходных данных по п.1 и п.3 отпадает.

Курсовая работа должна содержать следующие разделы.

1. Введение.

2. Расчет токов короткого замыкания.

3. Защита кабельной линии от ГПП к РП.

4. Защита электродвигателя или конденсаторной установки.

5. Защита силового трансформатора.

6. Выбор трансформаторов тока для релейной защиты.

В курсовой работе должны быть приведены следующие схемы:

а) схема защиты кабельной линии;

б) схема защиты электродвигателя или конденсаторной установки;

в) полная схема защиты силового трансформатора;

г) схема АВР секционного выключателя с кратким описанием работы.

2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

1. Расчет релейной защиты заключается в выборе рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле, так и комплексных устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности, чувствительности.

2. На каждом участке в общем случае должна устанавливаться основная и резервная защиты. При использовании защит со ступенчатыми характеристиками, их первые ступени выполняют функции основной. Резервной является только последняя ступень.

3. Расчет защит проводится начиная с наиболее удаленного от источника питания участка.

4. Устройства релейной защиты должны обеспечивать минимально-возможное время отключения короткого замыкания (КЗ) в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы и ограничения степени повреждения элемента системы.

5. По возможности рекомендуется применять защиты с использованием реле прямого действия и защиты на переменном оперативном токе, так как это приводит к удешевлению устройств.

3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

3.1 Общие положения

Расчет токов КЗ выполняется в соответствии с [3] в объеме, необходимом для выбора принципов и основных параметров защиты.

1. В целях упрощения расчетов допустимо определять значения всех величин для начального момента КЗ.

2. Расчеты выполняются без учета переходных сопротивлений в месте короткого замыкания.

3. Для расчета параметров срабатывания защит должны быть рассчитаны, как правило, максимальные токи КЗ, а для оценки чувствительности - минимальные.

3.2 Расчет токов короткого замыкания для выбора параметров защит элементов электрических сети

3.2.1 Определение токов КЗ при питании от системы бесконечной мощности

Сопротивление системы бесконечной мощности принимаем равным нулю. Определяем ток короткого замыкания I_к :

I_к = U_c / (3Х), (3.1)

где U_c - междуфазное напряжение на шинах системы; Х - результирующее сопротивление до точки КЗ.

3.2.2 Определение токов КЗ при питании от системы ограниченной мощности

Если сопротивление системы, питающей точку короткого замыкания, сравнительно велико, его необходимо учитывать при определении тока КЗ. В этом случае в схему замещения вводят сопротивление системы и принимают, что за ним находятся шины неизменного напряжения.

Ток КЗ определяется по (3.1) только Х рассчитывается с учетом сопротивления системы Х_сист., т.е.

Х = Х_сист. + Х_вн, (3.2)

где Х_вн - сопротивление цепи от системы до точки КЗ.

Система может быть задана током трехфазного КЗ ( I_к.зад..) на ее шинах, тогда сопротивление системы определяется по выражению:

Х_сист. = U_c / (3 I_к.зад.). (3.3)

Система может быть задана мощностью короткого замыкания ( S_к ). В этом случае сопротивление системы определяется по выражению:

Х_сист. = U_c² / S_к, (3.4)

где S_к = 3 U_c I_к.зад..

3.2.3 Определение сопротивлений трансформаторов с большим диапазоном регулирования напряжения (РПН)

На трансформаторах напряжением 35кВ и выше устанавливаются автоматические регуляторы напряжения, которые предназначены для поддержания требуемого уровня напряжения на шинах низшего напряжения (НН) при эксплуатационных изменениях напряжения на стороне высшего напряжения (ВН).

При регулировании напряжения изменяется сопротивление рассеяния трансформатора Х_тр. В общем случае при уменьшении коэффициента трансформации (-U_РПН ) сопротивление Х_тр уменьшается по сравнению со средним его значением, а при увеличении коэффициента трансформации (+U_РПН ) - увеличивается. При этом изменяются значения напряжений КЗ U_к% по сравнению с U_к.ср%, соответствующим среднему положению РПН. Крайнему “минусовому” ответвлению регулируемой обмотки сответствует U_к.мин%, а крайнему “плюсовому” ответвлению - U_{к макс%}.

Определяем сопротивления трансформатора с РПН, приведенные к регулируемой стороне ВН:

Х_тр.ср = U_к.ср% U²_ср.вн / (100 S_н.тр ) ; (3.5)

Х_тр.мин = U_к.мин% U²_мин.вн / (100 S_н.тр ) ; (3.6)

Х_{тр.макс} = U_к.макс% U²_{макс.вн} / (100 S_н.тр ), (3.7)

а U_мин.вн и U_{макс.вн} определяем по выражениям:

U_мин.вн = U_ср.вн (1 - U_*РПН ); (3.8)

U_{макс.вн} = U_ср.вн (1 + U_*РПН ), (3.9)

где U_ср.вн -среднее напряжение на стороне ВН, кВ; S_н.тр - номинальная мощность трансформатора, МВА; U_РПН половина полного диапазона регулирования на стороне ВН трансформатора, о.е. Сопротивление трансформатора получаем в ОМ.

Если напряжение U_{макс.вн}, рассчитанное по формуле (3.9), оказывается больше наибольшего значения, указанного в табл.3.1, то U_{макс.вн} следует принять по таблице.

Т а б л и ц а 3.1

Номинальные, наибольшие и средние междуфазные напряжения электрических распределительных сетей

Uном., кВ	Uмакс., кВ	Uср., кВ
6	6,9	6,3
10	11,5	10,5
35	40,5	37,0
110	125,0	116,0
150	172,0	154,0
220	252,0	230,0

При отсутствии паспортных данных по U_к.макс% и U_к.мин% их можно принять по табл.3.2.

Т а б л и ц а 3.2

Напряжения короткого замыкания трансформаторов при крайних положениях РПН

UРПН%	Uк.макс%	Uк.мин%
16	+15	-9
12	+12	-9
9	+10	-7

Вычисление максимально возможного тока короткого замыкания I⁽³⁾_к.макс следует производить при наименьшем сопротивлении питающей системы Х_{сист.мин} в максимальном ее режиме (S_к.макс или I_{к.зад.макс} ) и сопротивлении Х_тр.мин, вычисленном по (3.6). В практических расчетах для выбора уставок релейной защиты понижающих трансформаторов с РПН I⁽³⁾_к.макс можно определять по выражению:

I⁽³⁾_{к.макс.вн} = U_ном.вн / (3(Х_{сист.мин} + Х_вл + Х_тр.мин )), (3.10)

где I⁽³⁾_{к.макс.вн} - максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к ВН. U_ном.вн - номинальное междуфазное напряжение сети ВН (табл.3.1).

Приведение I⁽³⁾_к.макс к нерегулируемой стороне НН осуществляется не по среднему коэффициенту трансформации, а по минимальному, соответствующему тому же крайнему положению РПН, при котором вычисляется этот ток:

I⁽³⁾_{к.макс.нн} = I⁽³⁾_{к.макс.вн} U_мин.вн / U_ном.нн, (3.11)

где I⁽³⁾_{к.макс.нн} - максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к НН.

Минимальный ток короткого замыкания I⁽³⁾_к.мин следует вычислять при наибольшем сопротивлении системы Х_{сист.макс} в минимальном ее режиме и наибольшем сопротивлении трансформатора, вычисленном по (3.7).

I⁽³⁾_{к.мин.вн} = U_ном.вн / (3(Х_{сист.макс} + Х_вл + Х_{тр.макс} )), (3.12)

где I⁽³⁾_{к.мин.вн} - минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к ВН.

Приведение I⁽³⁾_{к.мин.вн} к нерегулируемой стороне НН следует осуществлять с помощью коэффициента трансформации, при котором вычисляется этот ток:

I⁽³⁾_{к.мин.нн} = I⁽³⁾_{к.мин.вн} U_{макс.вн} / U_ном.нн, (3.13)

где I⁽³⁾_{к.мин.нн} - минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к НН. U_{макс.вн} - максимальное напряжение на ВН, рассчитанное по формуле (3.9), но не более, чем в табл.3.1.

Минимальный ток двухфзного КЗ I⁽²⁾_к.мин. упрощенно вычисляется по формуле:

I⁽²⁾_к.мин. = 3I⁽³⁾_к.мин. /2. (3.14)

4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

4.1 Общие положения по проектированию релейной защиты воздушных и кабельных линий в сетях напряжением 6-10кВ

Для линий 6-10кВ с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземленной через реактор) должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных КЗ и от замыканий на землю.

Защиту от многофазных КЗ следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения с большей вероятностью только одного места повреждения при двойных замыканиях на землю и исключения несрабатывания защиты при двойных замыканиях в фазах, где не установлены трансформаторы тока.

На одиночных линиях с односторонним питанием от мнргофазных КЗ должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки ТО, а вторая - в виде максимальной токовой защиты МТЗ.

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена в виде:

селективной (устанавливающей поврежденное направление), действующей на сигнал;

селективной (устанавливающей поврежденнное направление), действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности.

Защита должна быть установлена на всех линиях электрически связанной сети со стороны питания.

4.2 Расчет максимальной токовой защиты и токовой отсечки

Для защит линий, имеющих выключатели с пружинными или пружинно-грузовыми приводами, максимальную токовую защиту и токовую отсечку можно выполнить на встроенных в привод выключателя реле прямого действия типа РТВ, имеющего ограниченно зависимую характеристику выдержки времени, и реле типа РТМ мгновенного действия. Часто применяются также реле типа РТ-85 (95) с использованием схемы с дешунтированием катушки отключения. В качестве катушек отключения в этом случае используются встроенные в привод выключателя реле прямого действия РТМ. Если защиты, выполненные на указанных реле, не удовлетворяют требованиям чувствительности и быстродействия можно применять другие схемы и реле.

При наличии выключателей с электромагнитными приводами защита обычно выполняется на выпрямленном оперативном токе с использованием реле тока типа РТ-80 (МТЗ на индукционном элементе, ТО на электромагнитном элементе) или реле тока типа РТ-40 и реле времени с независимой характеристикой выдержки времени.

Ток срабатывания МТЗ I_сз определяется по выражению:

I_сз = I_{раб.макс} К_отс К_з / К_в, (4.1)

где I_{раб.макс} -максимальный рабочий ток линии; К_отс - коэффициент отстройки; К_з - коэффициент самозапуска; К_в - коэффициент возврата.

К_в определяется типом применяемых реле.

К_отс принимается равным 1,1-1,2 при использовании реле РТ-40 и РТ-80, и 1,2-1,4 при использовании реле РТВ.

Коэффициент К_з для линий, питающих промышленную нагрузку или аналогичную ей (сельскохозяйственные комплексы на промышленной основе), можно определить по формуле:

К_з = 1/(I_{раб.макс} / I⁽³⁾_к + 0,4), (4.2)

где I⁽³⁾_к - ток трехфазного короткого замыкания в точке сети, к которой подключена нагрузка с большим количеством двигателей.

При раздельной работе двух линий (КЛ1 и КЛ2) с устройством АВР на секционном выключателе и действии АВР (АВР РП) после отключения одной из них (например КЛ2) бездействие МТЗ оставшейся в работе линии (КЛ1) будет обеспечено выбором тока срабатывания защиты:

I_{сз л1} = К_отс (К_з I_{раб.макс.л2} + К_отс I_{раб.макс.л1} )/ К_в, (4.3)

где К_отс = 1,5-1,6 - коэффициент, учитывающий увеличение тока по линии Л1

из-за понижения напряжения при подключении к ней затормозившихся двигателей, ранее питавшихся от Л2.

За расчетный принимается наибольший ток срабатывания защиты, полученный по выражениям (4.1) и (4.3).

Для МТЗ, выполненных на переменном оперативном токе по схеме с дешунтированием электромагнитов отключения (ЭО) необходимо, чтобы ток срабатывания реле I_ср был больше, чем ток срабатывания ЭО. Возможность применения схемы с дешунтированием ЭО проверяется по трем условиям.

1. Согласование основных реле токовых защит (РТ-85) с ЭО:

I_сз ( К_отс I_c.ЭО + I_нам ) К_I, (4.4)

где К_отс = 1,2-1,4; I_c.ЭО - ток срабатывания ЭО, равный 5 А (РТМ) или 3,5 А (ЭО_ТА); I_нам - ток намагничивания трансформатора тока (ТА), равный 0,6 А; К_I - коффициент трансформации ТА.

Обеспечение надежной работы дешунтирующих контактов РТ-85:

I⁽³⁾_к.макс К_сх⁽³⁾ / К_I I_доп = 150 А, (4.5)

где I⁽³⁾_к.макс - максимальный ток КЗ в месте установки МТЗ; К_сх⁽³⁾ - коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ.

3. Отсутствие возврата контактов реле РТ-85, РП-341 после дешунтирования ЭО:

(I_ср - I_нам ) К_отс К_в I_ср, (4.6)

где I_ср - ток срабатывания дешунтирующего реле; К_отс = 1,25; К_в = (0,3-0,4) для электромагнитного элемента РТ-85; К_в = 0,4 для реле РП-341.

Время срабатывания МТЗ выбирается из условий селективности защиты и термической стойкости защищаемого элемента. Время срабатывания последующей защиты (расположенной ближе к источнику питания):

t_{сз посл.} = t_{сз пред.} + t, (4.7)

где t_{сз пред.} - время срабатывания предыдущей защиты; t - ступень селективности принимается равной (0,4-0,6)с для защит с независимой характеристикой выдержки времени и (0,6-0,7)с для защит с ограниченно зависимой характеристикой.

Коэффициент чувствительности защиты:

К_ч = I⁽²⁾_к.мин / I_сз, (4.8)

где I⁽²⁾_к.мин - ток двухфазного КЗ в конце защищаемого участка сети в минимальном режиме; К_ч должен быть не менее 1,5.

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию отстройки от максимального тока трехфазного КЗ в конце линии:

I_сз = К_отс I⁽³⁾_к.макс. (4.9)

Рекомендуемые значения коэффициента отстройки для ТО без выдержки времени приведены в табл.4.1.

Т а б л и ц а 4.1

Коэффициенты отстройки К_отс для токовых отсечек

Тип реле	Котс линий	Котс трансформаторов
РТ-40	1,2-1,3	1,3-1,4
РТ-80	1,5-1,6	1,6
РТМ	1,4-1,5	1,6

Для токовых отсечек без выдержек времени, устанавливаемых на линиях и выполняющих функции дополнительных защит, коэффициент чувствительности должен быть около 1,2 при КЗ в месте установки отсечки в наиболее благоприятном по условию чувствительности режиме.

5. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

5.1 Общие положения по проектированию защит асинхронных и синхронных электродвигателей напряжением выше 1кВ

На электродвигателях должны предусматриваться защиты от многофазных КЗ и в случаях, оговоренных далее, защита от однофазных замыканий на землю, защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения. На синхронных электродвигателях, кроме этого, должна предусматриваться защита от асинхронного режима, которая может быть совмещена с защитой от перегрузки.

Для защиты электродвигателей от многофазных КЗ должна предусматриваться:

1) токовая однорелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах, с реле прямого или косвенного действия, включенного на разность токов двух фаз - для электродвигателей мощностью менее 2 МВт;

2) токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов при выведенных пусковых устройствах, с реле прямого или косвенного действия - для электродвигателей мощностью 2 МВт и более, имеющих действующую на отключение защиту от однофазных замыканий на землю, а также для электродвигателей мощностью менее 2 МВт, когда защита по п.1 не удовлетворяет требованиям чувствительности или когда двухрелейная отсечка оказывается целесообразной по исполнению комплектной защиты или применяемого привода с реле прямого действия.

При отсутствии защиты от замыканий на землю токовая отсечка электродвигателей мощностью 2МВт и более должна выполняться трехрелейной с тремя трасформаторами тока.

3) продольная дифференциальная токовая защита - для электродвигателей мощностью 5 МВт и более, а также и на двигателях мощностью менее 5МВт, если токовая отсечка не обеспечивает заданной чувствительности; продольная дифзащита двигателя при наличии на них защиты от замыканий на землю должна иметь двухфазное исполнение, а при отсутствии этой защиты - трехфазное.

Защита от однофазных замыканий на землю для электродвигателей мощностью до 2 МВт должна предусматриваться при токах замыкания на землю 10 А и более, а для электродвигателей мощностью 2 МВт и более - при токах 5 А и более.

Ток срабатывания защиты электродвигателя от замыкания на землю должен быть не более:

для электродвигателей мощностью до 2 МВт - 10 А;

для электродвигателей мощностью более 2 МВт - 5 А.

Защиту следует выполнять без выдержки времени с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности, установленных, как правило, в РУ.

Защита должна действовать на отключение двигателя, а у синхронных двигателей - также на устройство АГП, если оно предусмотрено.

Защита от перегрузки должна предусматриваться на электродвигателях, подверженным технологическим перегрузкам, и на электродвигателях с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска (длительность прямого пуска непосредственно от сети 20 с и более), перегрузка которых возможна при чрезмерном увеличении пускового периода вследствие понижения напряжения в сети.

Защиту от перегрузки следует устанавливать в одной фазе с зависимой или независимой от тока выдержкой времени, отстроенной от длительности пуска электродвигателей в нормальных условиях и условиях самозапуска после действия АВР и АПВ.

На электродвигателях, подверженным технологическим перегрузкам, защита, как правило, должна выполняться с действием на сигнал и автоматическую разгрузку механизма.

Действие защиты на отключение электродвигателя допускается:

на электродвигателях механизмов, для которых отсутствует возможность своевременной разгрузки без останова, или на электродвигателях, работающих без постоянного обслуживающего персонала;

на электродвигателях с тяжелыми условиями пуска и самозапуска.

Защита синхронных двигателей от асинхронного режима может осуществляться с помощью реле, реагирующего на увеличение тока в обмотке статора; она должна быть отстроена по времени от пускового режима и тока при действии форсировки возбуждения.

Защита, как правило, должна выполняться с независимой от тока характеристикой выдержки времени. Допускается применение защиты с зависимой от тока характеристикой выдержки времени на электродвигателях с ОКЗ более 1, а также и других способов защиты, обеспечивающих надежное действие защиты при возникновении асинхронного режима.

Для облегчения условий восстановления напряжения после отключения КЗ и обеспечения самозапуска электродвигателей ответственных механизмов следует предусматривать отключение защитой минимального напряжения электродвигателей неответственных механизмов суммарной мощностью, определяемой возможностями источника питания и сети по обеспечению самозапуска.

Выдержка времени защиты минимального напряжения должна выбираться в пределах 0,5-1,5 с - на ступень больше времени действия быстродействующих токовых защит от многофазных КЗ, а уставки по напряжению должны быть, как правило, не выше 70% номинального напряжения.

5.2 Выбор уставок срабатывания защит электродвигателей

5.2.1 Расчет токовой отсечки

Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя по выражению:

I_сз = К_отс К_п I_д.н, (5.1)

где К_отс - коэффициент отстройки, учитывающий помимо апериодических составляющих в токе реле при переходных режимах еще и погрешности реле и необходимый запас, его значения для токовых отсечек на реле РТ-40 принимаются 1.4-1.5 для асинхронных двигателей и 1.7-1.8 для синхронных двигателей. Если токовая отсечка реализована на реле РТ-80 или РТМ, то К_отс = 2;

К_п - кратность пускового тока;

I_д.н - номинальный ток двигателя.

Ток срабатывания реле I_ср :

I_ср = К⁽³⁾_сх I_сз / К_I, (5.2)

где К⁽³⁾_сх - коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ, при включении реле на фазные токи равен 1, а при включении реле на разность токов равен 3.

Чувствительность отсечки определяется по выражению:

К_ч = I⁽²⁾_{2 к.мин} / I_ср, (5.3)

где I⁽²⁾_{2 к.мин} - вторичный ток двухфазного КЗ на выводах двигателя при минимальном режиме питающей системы.

Коэффициент чувствительности отсечки однорелейной схемы определяется при двухфазном КЗ между фазами в одной из которых нет трансформатора тока. В этом случае ток в реле в два раза меньше, чем при КЗ между фазами с трансформаторами токов. В двухрелейной схеме токи в реле одинаковы при двухфазных КЗ между любыми фазами. Значение К_ч должно быть не менее двух.

5.2.2 Расчет дифференциальной токовой защиты

Первичный ток срабатывания дифзащиты с применением реле типа РНТ-565:

I_сз = К_отсI_нб К_п I_д.н, (5.4)

где К_отс = 1,1;

I_нб - ток небаланса в о.е., для схемы неполная звезда - неполная звезда

I_нб = 0,37; для схемы звезда - звезда I_нб = 0,3.

Число витков рабочей обмотки реле:

_р.расч = F_ср / I_ср = 100 / I_ср, (5.5)

где F_ср = 100 А - МДС срабатывания реле типа РНТ-565.

Для установки на коммутаторе реле выбирается целое число витков _р, ближайшее меньшее к _р.расч.

Проверка чувствительности дифзащиты производится при тех же условиях, что и токовой отсечки, когда при двухфазном КЗ на линейных выводах обмотки статора в реле протекает наименьший ток.

К_ч = I⁽²⁾_{2 к.мин р} /100 2.. (5.6)

5.2.3 Расчет защиты от замыканий на землю обмотки статора

Защита от замыканий на землю электродвигателей напряжением 6-10 кВ, работающих в сети с изолированной нейтралью, выполняется с помощью одного реле типа РТЗ-51, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности (ТНП) типа ТЗ, ТЗЛ, ТЗР. В случае, когда питание двигателя осуществляется по двум параллельным кабелям, вторичные обмотки ТНП каждого кабеля соединяют последедовательно и подключают к одному реле.

Ток срабатывания защиты выбирают из условия несрабатывания защиты при внешнем однофазном замыкании на землю:

I_сз = К_отс К_б I_c, (5.7)

где К_отс = 1,2-1,3 - коэффициент отстройки; К_б = 2 -2,5 - коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги;

I_c - установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения.

Значение I_c определяется как сумма емкостных токов двигателя I_сд и линии I_сл от места установки ТНП до линейных выводов двигателя:

I_c = I_сд + I_сл. (5.8)

Собственный емкостной ток электродвигателя:

I_сд = 2f_н3С_дU_н /3. (5.9)

Значение I_сд по (5.9) получают в амперах, если номинальная частота сети f_н выражена в герцах, емкость фазы статора С_д - в фарадах, а номинальное напряжение двигателя U_н - в вольтах.

При отсутствии сведений завода изготовителя для практических расчетов емкость фазы статора можно определять:

для неявнополюсных синхронных двигателей и асинхронных с короткозамкнутым ротором:

С_д = ( 0,0187S_н10^--6 ) / (1,2 U_н ( 1 + 0,08 U_н ) ), (5.10)

где S_н - номинальная полная мощность двигателя, МВА;

U_н - номинальное напряжение, кВ;

для остальных электродвигателей:

С_д = 40 S_н^3/4 10^-6 / (3000(U_н + 3,6) n_н^1/3 ), (5.11)

где n_н - номинальная скорость вращения ротора, об/мин.

Емкостной ток кабельной линии I_cл можно рассчитать, А:

I_cл = I_с0Lm, (5.12)

где I_с0 - удельный емкостной ток однофазного замыкания на землю (табл.5.2), А/км; L - длина линии, км; m - число кабелей в линии.

Если I_сз, вычисленное по формуле (5.7), окажется меньше минимального значения, указанного в табл.5.1, то I_сз следует принять по таблице.

Т а б л и ц а 5.1

Минимальные и максимальные токи срабатывания защиты от замыканий на землю

Кол-во	1	2
Тип ТНП
ТЗЛ	0,68-3,96	1,25-6,8
ТЗЛМ	0,6-3,26	1,06-6,35
ТЗР	0,9-3,8	1,26-6,2
ТЗРЛ	0,81-4,17	1,34-7,9

Т а б л и ц а 5.2

Удельные емкостные токи однофазного замыкания на землю кабелей 6-10 кВ, А/км

Сечение жилы, мм2	6 кВ	10 кВ	Сечение жилы, мм2	6 кВ	10 кВ
10	0,33	-	95	0,82	1,0
16	0,37	0,52	120	0,89	1,1
25	0,46	0,62	150	1,1	1,3
35	0,52	0,69	185	1,2	1,4
50	0,59	0,77	240	1,3	1,6
70	0,71	0,9

При определении окончательной уставки реле, подключенного к ТНП в КРУ, необходимо помнить, что ток срабатывания защиты должен быть не только с определенным запасом меньше опасного для электродвигателей тока (10 А -мощностью до 2 МВт и 5 А - мощностью 2 МВт и более), но и обеспечивать чувствительность защиты линии, питающей двигатель. Эти требования в сети без компенсации емкостного тока замыкания на землю выполняются при условиях:

К_ч = (I_с - I_с)/ I_сз 2 . (5.13)

Если условия (5.13) не выполняются из-за большого собственного емкостного тока линии, то ТНП следует перенести к линейным выводам двигателя и расчет повторить, принимая I_с = I_сд.

5.2.4 Расчет защиты от токов перегрузки

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от номинального тока двигателя I_н:

I_сз = К_отсI_н / К_в, (5.14)

где К_отс = 1,05 при действии защиты на сигнал; К_отс =1,1-1,2 - при действии на отключение.

Выдержка времени защиты от перегрузки t_сз выбирается из условия надежного несрабатывания при пуске или самозапуске двигателя:

t_сз = К_отсt_п, (5.15)

где К_отс =1,2-1,3; t_п - время пуска двигателя, не подлежащего самозапуску (или время самозапуска двигателя с самозапуском).

5.2.5 Расчет защиты от асинхронного режима

Ток срабатывания защиты от асинхронного режима выбирают по выражению (5.14) с учетом К_отс = 1.1-1.2.

Время действия ступени защиты, действующей на перевод синхронного двигателя в асинхронный режим без возбуждения и разгрузку механизма, принимается на ступень селективности больше времени отключения коротких замыканий в сети, сопровождающихся протеканием тока I I_сз, но не менее 1,5 с. Время действия ступени защиты, действующей на отключение, определяется по (5.15).

Время возврата промежуточного реле, обеспечивающего устойчивое действие защиты при колебаниях тока статора в асинхронном режиме, принимается наибольшим возможным для данного типа реле (РП-252): t_в = 1,1-1,4 с.

5.2.6 Расчет защиты минимального напряжения

Защита от потери питания выполняется обычно групповой (один комплект защиты на несколько присоединений).

Если для электродвигателя самозапуск предусматривается и обеспечивается при любых реальных режимах (время перерыва питания t_пп ), то первичное напряжение срабатывания:

U_сз = U_з / (К_отс К_в ), (5.16)

где U_з - напряжение самозапуска; К_отс = 1,2; К_в = 1,25.

Время срабатывания защиты t_сз :

t_сз t_пп. (5.17)

Если самозапуск невозможен по условиям технологии при любых перерывах питания продолжительностью более t_пп и снижении напряжения до 0,7 U_н, то

U_сз = 0,7U_н, (5.18)

а t_сз t_пп. (5.19)

Если самозапуск после отключения близкого КЗ со временем t_к возможен и обеспечивается, а после перерывов электроснабжения длительностью t t_пп не обеспечивается или не предусматривается, то

U_сз U_з.к / (К_отсК_в ), (5.20)

где U_з.к - напряжение самозапуска после отключения КЗ.

Время срабатывания защиты в этом случае:

t_к t_сз t_пп. (5.21)

В узлах нагрузки, где имеются синхронные двигатели, в дополнение к защите минимального напряжения предусматривается защита минимальной частоты с блокировкой по направлению мощности. Частота срабатывания минимального реле частоты выбирается из условия отстройки от минимально возможного в нормальном режиме значения частоты в энергосистеме. При отсутствии таких данных частота срабатывания реле _ср принимается равной 48,5-49 Гц.

Выдержка времени защиты минимальной частоты при установке ее на первых ступенях системы электроснабжения может быть выбрана 0,3-0,5 с из условия несрабатывания защиты при кратковременных снижениях частоты во время КЗ, когда действие защиты не требуется.

6. ЗАЩИТА КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК

6.1 Общие положения по проектированию защит конденсаторных установок напряжением 6-10 кВ

проектирование электрический трансформатор напряжение

Основной вид повреждений конденсаторных установок - пробой конденсаторов - приводит к двухфазному КЗ. В условиях эксплуатации возможны также ненормальные режимы, связанные с перегрузкой конденсаторов высшими гармоническими тока и повышением напряжения. От повреждений и ненормальных режимов конденсаторных установок предусматривается защита, действующая при многофазных КЗ, перегрузках и повышении напряжения. Конденсаторная установка состоит из одного или нескольких отдельно установленных единичных конденсаторов, присоединенных к сети через коммутационные аппараты. Электрически соединенные между собой единичные конденсаторы образуют конденсаторную батарею с единым коммутационным аппаратом. В общем случае коденсаторная установка может содержать и единичные конденсаторы, и конденсаторные батареи.

6.2 Выбор уставок срабатывания защит

6.2.1 Защита от многофазных коротких замыканий

Защита предусматривается для всей конденсаторной установки в целом. В сетях напряжением выше 1 кВ она выполняется плавкими предохранителями или двухфазной токовой отсечкой. Кроме того, предусматривается групповая защита батарей, из которых состоит установка. Групповая защита не требуется, если конденсаторы снабжены индивидуальной защитой. Групповая защита и защита конденсаторов выполняются предохранителями.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя I_вс.ном. и ток срабатывания защиты I_сз выбирают с учетом отстройки от токов переходного процесса при включении конденсаторной установки и толчков тока при перенапряжениях по условию:

I_сз = I_вс.ном. = К_отсI_ку.ном., (6.1)

где I_ку.ном - номинальный ток конденсаторной установки или отдельных ее элементов (для групповой защиты и защиты секций);

К_отс = 2,0-2,5. Большее значение коэффициента отстройки К_отс принимают для плавких вставок.

Чувствительность защиты считается достаточной при К_ч 2.

6.2.2 Защита от перегрузки

Данная защита предусматривается в тех случаях, когда возможна перегрузка конденсаторов высшими гармоническими тока из-за непосредственной близости мощных выпрямительных установок. Защита выполняется общей для всей конденсаторной установки и действует на ее отключение с выдержкой времени порядка t_сз = 9 с. Ток срабатывания защиты определяется условием:

I_сз 1,3I_ку.ном. (6.2)

6.2.3 Защита от повышения напряжения

Защита устанавливается, если при повышении напряжения к единичному конденсатору может быть длительно приложено напряжение более 1,1 U_ном.Защита выполняется одним максимальным реле напряжения и реле времени. Напряжение срабатывания определяется условием:

U_сз = 1,1U_ном. (6.3)

Выдержка времени принимается равной t_cз = 3-5 мин. Предусматривается автоматическое повторное включение конденсаторной установки после восстановления первоначального уровня напряжения, но не ранее чем через 5 мин. после ее отключения.

7. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ПОНИЖАЮЩИХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Согласно 1 на трансформаторах должны быть предусмотрены следующие защиты:

1) защита от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах;

2) защита от однофазных КЗ в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

3) защита от витковых замыканий в обмотках;

4) защита от токов в обмотках, обусловленнных внешними КЗ;

5) защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

6) защита от понижений уровня масла;

7) защита от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

7.1 Защита трансформаторов от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах

Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах должны быть предусмотрены следующие виды защит.

1. Продольная дифференциальная защита на трансформаторах мощностью 6,3 МВА и более. Дифференциальная защита может быть предусмотрена на трансформаторах меньшей мощности, но не менее 1 МВА, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а МТЗ имеет выдержку времени более 0,5 с.

2. Токовая отсечка без выдержки времени, устанавливаемая со стороны питания и охватывающая часть обмотки трансформатора, если не предусматривается дифференциальная защита.

7.1.1 Продольная дифференциальная защита с реле типа РНТ-565

Если чувствительность защиты с реле типа РНТ-565 недостаточна, применяется дифференциальная защита с торможением с реле типа ДЗТ-11.

Порядок расчета дифзащиты с реле РНТ-565 следующий.

1. Определяют первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:

I_н = S_н / (3U_н ). (7.1)

2. Выбирают типы трансформаторов тока, их коэффициенты трансформации и схемы соединений для всех сторон защищаемого трансформатора. Коэффициенты трансформации целесообразно выбирать такими, чтобы вторичные токи в плечах защиты не превышали 5 А.

3. Определяют вторичные токи в плечах защиты:

I_н2 = К⁽³⁾_схI_н / К_I, (7.2)

где К⁽³⁾_сх - коэффициент схемы для симметричного режима.

4. Выбирают основную сторону защищаемого трансформатора. За основную принимают сторону, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты.

5. Рассчитывают первичный ток срабатывания защиты I_сз. Отстройка от расчетного тока небаланса I_{нб.расч} при переходном режиме внешнего КЗ производится по выражению:

I_сз К_отсI_{нб.расч}, (7.3)

где I_{нб.расч} представляет из себя сумму вида:

I_{нб.расч} = I^`_{нб.расч} + I^``_{нб.расч} + I^```_{нб.расч} , (7.4)

I^`_{нб.расч} - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;

I^``_{нб.расч} - составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

I^```_{нб.расч} - составляющая тока небаланса, обусловленная неточностью установки на реле расчетных чисел витков для неосновной стороны.

I^`_{нб.расч} = К_аК_однI_к.макс ; (7.5)

I^``_{нб.расч} = UI_к.макс ; (7.6)

I^```_{нб.расч} = ( _расч - _ф )I_к.макс /_расч, (7.7)

где I_к.макс - периодическая составляющая тока, проходящего через трансформатор при расчетном внешнем КЗ, приведенного к основной стороне;

К_а =1 - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ, которые сопровождаются прохождением апериодических составляющих в токе КЗ;

К_одн = 1 - коэффициент однотипности ТА;

= 0.1 - погрешность ТА;

U - половина регулировочного диапазона устройства РПН в о.е.;

_расч - расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле неосновной стороны;

_ф - фактическое (целое) число витков обмотки НТТ неосновной стороны.

Так как число витков _расч заранее не определено, вначале I_{нб.расч} рассчитывается как сумма двух составляющих:

I_{нб.расч} = I^`_{нб.расч} + I^``_{нб.расч}. (7.8)

Затем, после выбора тока срабатывания и определения расчетных чисел витков НТТ реле РНТ определяется суммарный ток небаланса по (7.4) и уточняется ранее выбранный ток срабатывания.

Отстройка от броска намагничивающего тока при включении трансформатора в холостом режиме или при восстановлении напряжения после отключения короткого замыкания производится по выражению:

I_сз К_отсI_н, (7.9)

где I_н - номинальный ток, соответствующий номинальному напряжению среднего ответвления устройства РПН и номинальной мощности трансформатора (ток должен быть приведен к высокой стороне); К_отс = 1,3 - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока.

Из двух значений, полученных по (7.3) и (7.9), принимается большее.

Если для трансформатора мощностью 25 МВА и более окажется, что I_сз 1,5 I_н, то согласно ПУЭ защиту следует выполнять с реле ДЗТ-11.

6. Предварительная проверка чувствительности выполняется по выражению:

К_ч = К^(m)_схI^(m)_к.мин / (К⁽³⁾_схI_сз ), (7.10)

где I^(m)_к.мин - минимальное значение периодической составляющей тока КЗ рассматриваемого вида (m) в защищаемой зоне, приведенного к стороне основного питания; I_сз -ток срабатывания защиты, приведенный к стороне основного питания; К^(m)_сх - коэффициент схемы, определяемый видом повреждения (m), схемой соединений ТА на стороне основного питания и схемой соединений обмоток защищаемого трансформатора, При схеме соединений обмоток трансформатора /-11 расчетный вид повреждения - двухфазное КЗ и выражение (7.10) будет выглядеть следующим образом:

К_ч = 1,5I⁽³⁾_к.мин / (3I_сз ). (7.11)

Коэффициент чувствительности должен быть не менее 2. Если К_ч окажется меньше 2, а определяющим для выбора тока срабатывания являлась отстройка от тока небаланса при внешних КЗ, то следует выполнять защиту с реле ДЗТ-11.

7. Определяют ток срабатывания реле, приведенный к основной стороне:

I_ср.осн = I_сз К⁽³⁾_сх / К_I . (7.12)

8. Определяют число витков обмотки НТТ реле для основной стороны:

...