Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения

_{осн.расч.} = F_ср / I_ср.осн, (7.13)

где F_ср - магнитодвижущая сила (МДС) срабатывания реле РНТ-565, принимается равной 100 А.

Принимается ближайшее меньшее число витков _осн, которое может быть установлено на НТТ реле.

9. Определяют число витков обмоток неосновной стороны защищаемого трансформатора:

_расч = _оснI_осн.2 / I₂, (7.14)

где I_осн.2, I₂ - токи в плечах дифзащиты для основной и неосновной сторон, рассчитанные по (7.2)

Принимается ближайшее целое число витков _ф.

10. Определяют первичный уточненный ток небаланса I_{нб.расч} с учетом составляющей I^```_{нб.расч} по (7.4).

11. Определяют ток срабатывания защиты по уточненному значению тока небаланса по (7.3).

12. Определяют коэффициент чувствительности защиты по (7.10), который должен удовлетворять требованиям ПУЭ.

7.1.2 Продольная дифференциальная защита с реле типа ДЗТ-11

Порядок расчета дифзащиты с реле типа ДЗТ-11 следующий.

Выполняют пп. 1-4 предыдущего раздела без изменений.

В п.5 определяют ток срабатывания защиты по (7.9), где К_отс следует принять равным 1,5.

В п.6 выбирают сторону, к трансформаторам тока которой присоединяется тормозная обмотка НТТ реле _торм.. Тормозную обмотку целесообразно присоединять: на двухобмоточных трансформаторах к ТА, установленным на стороне низшего напряжения, на двухобмоточных трансформаторах с расщепленной обмоткой - на сумму токов ТА, установленных в цепи каждой из расщепленных обмоток.

Выполняют пп.7-9.

Определяют расчетный ток небаланса по (7.4).

Определяют необходимое число витков тормозной обмотки НТТ реле:

_торм = К_отсI_{нб.расчраб.} / (I_тормtg ), (7.15)

где _раб. - число витков рабочей обмотки НТТ реле на стороне, к которой присоединена тормозная обмотка. При этом учитывают принятое число витков, если рассматриваемая сторона является основной _осн, и расчетное число витков, если - неосновной _расч ;

I_{нб.расч} и I_торм - первичный ток небаланса, найденный в п.10, и первичный тормозной ток при внешнем КЗ, приведенные к одной ступени напряжения;

I_торм = I_к.макс;

К_отс = 1,5 - коэффициент отстройки;

tg - тангенс угла наклона к оси абсцисс касательной, проведенной из начала координат к характеристике срабатывания реле (тормозной), соответствующей минимальному торможению (кривая 2 на рис.7.1), для реле ДЗТ-11 принимается равным 0,75-0,8.

Рис. 7.1 Тормозные характеристики реле ДЗТ-11

Принимают целое большее число витков _торм, которое реально можно установить на НТТ реле 4.

Определяют коэффициент чувствительности по (7.10), так как при одностороннем питании торможение отсутствует при внутреннем КЗ.

Тормозные характеристики реле ДЗТ-11 (рис.7.1) построены при нормальной затяжке противодействующей пружины для таких углов между рабочим (I_раб) и тормозным (I_торм) токами в реле, при которых обеспечивается максимальное (кривая 1) и минимальное (кривая 2) торможение. Область, расположенная ниже характеристики 2, является областью надежного несрабатывания реле; область, расположенная выше характеристики 1, - областью надежного срабатывания. При этом для обеспечения чувствительности защиты точка, соответствующая расчетным случаям КЗ в зоне действия защиты и определяемая величинами F_раб и F_торм должна находится не менее чем на 10% своих координат выше характеристики 1 2.

7.1.3 Токовая отсечка

Защита устанавливается на стороне питания, если не предусматривается дифференциальная защита. Ток срабатывания защиты:

I_сз К_отсI⁽³⁾_{к.макс.вн}, (7.16)

где I⁽³⁾_{к.макс.вн} - максимальное значение тока трезфазного КЗ за трансформатором, приведенное к стороне ВН, где установлена токовая отсечка; К_отс - коэффициент отстройки, значение которого зависит от типа реле: К_отс = 1,3-1,4 - для реле типа РТ-40; К_отс = 1,6 - для реле РТ-80 и РТМ.

7.2 Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями

На трансформаторах мощностью менее 1 МВА в качестве защиты от токов, обусловленных внешними КЗ, должна быть предусмотрена действующая на отключение максимальная токовая защита (МТЗ), на трансформаторах мощностью 1МВА и более - МТЗ или МТЗ с пуском по напряжению.

7.2.1 Максимальная токовая защита

Ток срабатывания защиты:

I_сз = К_отсК_зI_{раб.макс} / К_в, (7.17)

где I_{раб.макс} - значение максимального рабочего тока в месте установки защиты;

К_з - коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска электродвигателей.

Значение коэффициента чувствительности для МТЗ должно быть не менее 1,5 при КЗ в основной зоне и примерно 1,2 при КЗ в зоне резервирования. Время срабатывания МТЗ трансформатора определяется аналогично времени срабатывания МТЗ линий.

При наличии на стороне ВН короткозамыкателя токовая защита трансформатора выполняется с двумя выдержками времени. С первой выдержкой времени отключается выключатель на стороне НН, а со второй - включается короткозамыкатель. Время срабатывания МТЗ не должно превышать 3с для трансформаторов с U_ВН 110 кВ и 4с с U_ВН 110 кВ.

7.2.2 Максимальная токовая защита с комбинированным пусковым органом напряжения

Защита применяется в случае недостаточной чувствительности обычной МТЗ.

Защита обычно выполняется с помощью реле тока типа РТ-40, фильтр-реле напряжения обратной последовательности типа РНФ-1М и минимального реле напряжения типа РН-54.

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

I_сз = К_отсI_н / К_в, (7.18)

где К_отс = 1,25 - коэффициент, учитывающий ошибку реле,необходимый запас и возможность увеличения тока от регулировании напряжения;

К_в = 0,8 - коэффициент возврата.

Напряжение срабатывания минимального реле напряжения, включенного на междуфазное напряжение, определяется следующим образом:

1) по условию обеспечения возврата реле после отключения внешнего КЗ

U_сз = U_мин / (К_отсК_в ) ; (7.19)

2) по условию отстройки от напряжения самозапуска при включении от АПВ или АВР заторможенных электродвигателей

U_сз U_з / К_отс, (7.20)

где U_мин - междуфазное напряжение в условиях самозапуска после отключения внешнего короткого замыкания, U_мин определяется при расчете режима самозапуска (в ориентировочных расчетах может быть принято 0,85 U_ном ); U_з - междуфазное напряжение в условиях самозапуска заторможенных электродвигателей при включении их от АПВ и АВР (в ориентировочных расчетах может быть принято 0,7 U_ном ); К_отс = 1,2.

Напряжение срабатывания фильтр-реле обратной последовательности определяется исходя из минимальной уставки устройства:

U_2.сз = 0,06U_ном. (7.21)

Коэффициент чувствительности по току определяется по выражению (7.10). Коэффициент чувствительности для минимального реле напряжения:

К_ч.U = U_сзК_в / U_ост, (7.22)

где U_ост - междуфазное напряжение в месте установки трансформатора напряжения, от которого питаются реле, при металлическом трехфазном КЗ в расчетной точке, когда указанное напряжение имеет наибольшее значение.

Коэффициент чувствительности для фильтра-реле обратной последовательности:

К_ч.2.U = U_2.мин / U_2.сз, (7.23)

где U_2.мин - междуфазное напряжение обратной последовательности в месте установки трансформатора напряжения, от которого питается фильтр-реле, при металлическом КЗ между двумя фазами в расчетной точке в режиме, при котором указанное напряжение имеет минимальное значение.

Для резервных защит требуется К_ч 1,2.

7.3 Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой

Ток срабатывания защиты от перегрузки:

I_сз = К_отсI_н / К_в, (7.24)

где I_н - номинальный ток обмотки трансформатора с учетом регулирования напряжения, на стороне которой установлено реле, К_отс - принимается равным 1,05.

Защита от перегрузки устанавливается в одной фазе и действует на сигнал.

7.4 Газовая защита

Газовая защита предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженных расширителями, от всех видов внутренних повреждений ( витковое замыкание, понижение уровня масла, междуфазное короткое замыкание внутри трансформатора).

При незначительном газообразовании газовая защита действует на предупредительный сигнал. При бурном газообразовании или при сильном понижении уровня масла (например, при повреждении бака и утечке масла) газовая защита дает команду на отключение трансформатора.

8. РАСЧЕТНАЯ ПРОВЕРКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Согласно ПУЭ трансформаторы тока, предназначенные для питания токовых устройств релейной защиты от коротких замыканий (КЗ), должны удовлетворять следующим требованиям:

В целях предотвращения излишних срабатываний защиты при КЗ вне защищаемой зоны погрешность (полная или токовая) трансформаторов тока, как правило, не должна превышать 10%. Более высокие погрешности допускаются при использовании защит, правильное действие которых при повышенных погрешностях обеспечивается с помощью специальных мероприятий. Указанные требования должны соблюдаться:

для ступенчатых защит _ при КЗ в конце зоны действия ступени защиты, а для направленных ступенчатых защит _ также и при внешнем КЗ;

для остальных защит _ при внешнем КЗ.

Токовая погрешность трансформаторов тока в целях предотвращения отказов защиты при КЗ в начале защищаемой зоны не должна превышать:

по условиям повышенной вибрации контактов реле направления мощности или реле тока _ значений, допустимых для выбранного типа реле;

по условиям предельно допустимой для реле направления мощности и направленных реле сопротивлений угловой погрешности _ 50%.

Напряжение на выводах вторичной обмотки трансформаторов тока при КЗ в защищаемой зоне не должно превышать значения, допустимого для устройства релейной защиты и автоматики.

Расчетная проверка на 10% - ную полную погрешность. При проектировании проверка на 10% - полную погрешность () обычно производится по кривым предельной кратности. Специальные кривые предельной кратности представляют собой зависимость допустимого по условию = 10% значения сопротивления нагрузки Z_н на трансформатор тока от значения предельной кратности k₁₀, вычисляемого по выражению

k₁₀ = I_1расч/I_1ном, (8.1)

где I_1ном - первичный номинальный ток трансформатора тока, I_1расч - первичный расчетный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10%.

Значение I_1расч принимается:

а) для токовых защит с независимой характеристикой выдержки времени, и в том числе для токовых отсечек без выдержки времени, I_1расч = 1,1I_с.з, поскольку для этих защит достаточно обеспечить точную работу при токе срабатывания реле (в конце зоны действия защиты), а при близких КЗ с более высокими значениями первичных токов значения тока в реле будут всегда больше, несмотря на увеличенную токовую погрешность;

для дешунтируемых электромагнитов отключения (ЭО),

I_1расч = (1,4-1,8)I_cэоК_I/k_сх⁽³⁾,

где I_cэо- ток срабатывания электромагнита отключения, К_I - коэффициент трансформации трансформатора тока, k_сх⁽³⁾ - коэффициент схемы в трехфазном режиме.

б) для максимальной токовой защиты с зависимой характеристикой I_1расч = 1,1I_согл, где I_согл соответствует току КЗ, при котором производится согласование по времени последующей и предыдущей защит и определяется ступень селективности t; для создания запаса по возможности принимают I_согл равным току, при котором начинается независимая часть характеристики;

в) для продольных дифференциальных защит I_1расч принимается равным наибольшему значению тока при внешнем (сквозном) КЗ;

г) для дистанционной направленной защиты линий с односторонним питанием I_1расч принимается равным наибольшему значению тока при КЗ в конце первой зоны защиты 2.

Расчетная проверка выполняется в следующем порядке.

1. Определяется значение предельной кратности k₁₀

2. Подбирается кривая предельных кратностей, соответствующая типу трансформатора тока, классу обмотки и коэффициенту трансформации.

3. Для значения k₁₀ по соответствующей кривой предельных кратностей 8 определяется допустимое значение сопротивления вторичной нагрузки Z_н.доп (рис.8.1). При этом значении Z_н.доп полная погрешность = 10%.

4. Определяется фактическое расчетное значение сопротивление нагрузки трансформатора тока Z_н.расч, которое зависит от сопротивления реле и соединительных проводов, от схемы соединения трансформаторов тока и от вида КЗ. Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки трансформаторов тока для основных схем приведены в 2.

5. Если Z_н.расч Z_н.доп, то 10%. Если окажется Z_н.расч > Z_н.доп, следует использовать один из следующих способов уменьшения погрешности трансформаторов тока:

а) увеличение сечения соединительных проводов;

б) переход на больший коэффициент трансформации;

в) переход на другую схему соединения трансформаторов тока и реле;

г) использование вторичных обмоток двух сердечников трансформатора тока при их последовательном соединении;

д) включение реле прямого действия типов РТМ и РТВ на разные вторичные обмотки одних и тех же трансформаторов тока.

Рис. 8.1 Кривая предельных кратностей (качественная кривая)

Расчетная проверка надежного замыкания контактов электромеханических реле тока, сопротивления и направления мощности. При КЗ в начале защищаемой зоны значения токов могут в несколько раз превышать то значение расчетного тока, при котором производилась проверка трансформаторов тока на 10%-ную погрешность. В связи с этим весьма вероятно увеличение токовых погрешностей свыше 10%. При этом увеличивается угловая погрешность, что может привести к неправильной ориентации направленных реле, и искажается форма кривой вторичного тока, что может вызывать вибрацию контактов реле и отказ срабатывания защиты. Искажение формы вторичного тока прямо связано с токовой погрешностью трансформатора тока: чем больше токовая погрешность, тем больше искажается форма вторичного тока. Значение допустимой токовой погрешности f_доп, при котором обеспечивается надежное замыкание контактов, зависит от типа защиты и реле. Например, для максимальной токовой защиты, выполненной на реле типа РТ-40 или типа РТ-80 (РТ-90), f_доп = 50%, _ на статических реле типа РСТ-11 _ РСТ-13, f_доп = 80%.

Максимальное значение токовой погрешности f_max определяется при максимальном значении тока при КЗ в месте установки защиты I_1к.max в следующем порядке.

1. Рассчитывается максимальная кратность для принятого трансформатора тока с первичным током I_1ном:

k_max = I_1к.max/ I_1ном. (8.2)

2. Определяется коэффициент А по выражению:

А = k_max/k_10доп, (8.3)

где k_10доп - предельная кратность, соответствующая значению фактической расчетной нагрузки Z_н.расч, определяется по кривой предельных кратностей трансформатора тока данного типа, класса и коэффициента трансформации (рис.8.1).

3. По кривой А = (f) (рис.8.2) определяется f_max.

Если f_max f_доп, то второе требование к трансформаторам тока выполнено. Если f_max> f_доп необходимо либо применить другой тип реле, либо использовать один из известных способов уменьшения погрешности.

Рис. 8.2 Зависимость А = (f)

Предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях трансформаторов тока. Амплитудное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока определяется по выражению

U_2max = 2k_maxI_2номZ_н.расч. (8.4)

Третье требование к трансформаторам тока выполняется при условии

U_2max 2U_2доп, (8.5)

где U_2доп = 1000 В 1.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок. Шестое издание, с изменениями, исправлениями и дополнениями, принятыми Главгосэнергонадзором РФ в период с 01.01.92 по 01.01.99. Санкт-Петербург, 2000.

2. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л.: Энергоатомиздат, 1985,-296 с.

3. Руководящие указания по релейной защите. Расчет токов короткого замыкания для релейной защиты и системной автоматики. М.: Энергия, 1979, 150 с.

4. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ. Расчеты. М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высш. шк., 1991. 496 с.

6. Реле защиты. /Под ред. В.С. Алексеева и др. М.: Энергия, 1976. 464 с.

7. Беркович М.А. и др. Основы автоматики энергосистем. М.: Энергоатомиздат, 1981, 432 с.

8. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. М.: Энергия, 1980.

Размещено на Allbest.ru