Расчет токов срабатывания защит трансформатора

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1

Вычислить необходимую мощность понижающих трансформаторов тяговой подстанции однофазного переменного тока промышленной частоты по исходным данным, указанным в таблице 6.1. Выбрать количество и тип понижающих трансформаторов, указать их электротехнические параметры. Номинальные напряжения на шинах указаны в таблице 6.1. Начертить принципиальную электрическую схему подключения понижающих трансформаторов к питающей ЛЭП напряжением U1 и к шинам ОРУ 27,5 кВ. Указать на схеме типы оборудования. Тип подстанции указан в таблице 1.

Таблица 1

На тяговых подстанциях, как правило, устанавливаются силовые трехфазные трехобмоточные трансформаторы. Трансформаторы должны иметь устройства регулирования напряжения под нагрузкой (РПН).

Расчет наибольшей мощности для выбора трансформаторов выполняется в следующей последовательности.

Мощность тяговой нагрузки напряжением 27,5 кВ определяется по формуле:

,

где Uш - номинальное напряжение на шинах, равное 27,5 кВ;

и - эффективные токи, соответственно, наиболее и наименее загруженного плеча питания, А.

,

Так как от шин ОРУ 27,5 кВ, кроме тяговой нагрузки получают питание трансформатор собственных нужд и не тяговые потребители по системе ДПР, то наибольшая мощность на шинах 27,5 кВ составит

,

,

Мощность на первичной стороне подстанции

.

где S35-10 - мощность районных не тяговых потребителей напряжением 35 или 10 кВ, кВА (по заданию);

Кр - коэффициент разновременности наступления максимумов нагрузок обмоток 27,5 кВ и 35(10) кВ, принимается равным 0,95-0,98.

,

При установке на подстанции двух рабочих трансформаторов расчетная мощность определяется по формуле:

,

где Кав=1,4 - коэффициент допустимой аварийной перегрузки трансформатора по отношению к его номинальной мощности;

n=2 - количество главных понижающих трансформаторов.

,

Выбираем трансформатор ТДТН-40000/220, технические характеристики которого представлены в таблице 6.2.

Таблица 2

На рис 1 представлена принципиальная электрическая схема заданной подстанции. На входе вводов включены заградительные реакторы 4, конденсаторы связи 2 с заземляюшим разъединителем 3 и высокочастотный приёмо-передатчик 1.

Разъединители 5,6 обеспечивает видимый разрыв цепи и необходим для безопасного проведения ремонтных работ на выключателе 8 или трансформаторе 10. На вновь проектируемых или реконструируемых понизительных подстанциях обычно устанавливают элегазовые или вакуумные высоковольтные выключатели. В зависимости от конструкции они могут комплектоваться встроенными трансформаторами тока (в нашем случае отсутствуют).

Ограничитель перенапряжения 7 предназначен для защиты изоляции электрооборудования подстанции и электрических сетей от атмосферных и кратковременных коммутационных перенапряжений.

Трансформаторы тока 9 обеспечивают подключение устройств релейной защиты и учёта.

Нейтраль обмоток высшего напряжения силового трансформатора, соединена с землёй через ОПН 7, шунтированный разъединителем 6.

Рис 1 Схема опорной 220/35/27,5 кВ

Задача 2

Начертить схему максимальной токовой защиты (МТЗ) и токовой отсечки (ТО) двухобмоточного понижающего трансформатора. Пояснить, при каких повреждениях действует МТЗ и ТО.

Вычислить ток срабатывания максимальной токовой защиты Iс.з., ток уставки срабатывания реле Iу.ср..Сделать заключение о чувствительности МТЗ.

Вычислить ток срабатывания токовой отсечки Iс.з, ток уставки срабатывания реле Iу.ср

Сделать заключение о чувствительности ТО.

Тип применяемых в защите токовых реле - РТ-40.

Исходные данные для вычислений приведены в табл.16.1, в которой приняты следующие обозначения:

Sном.тр. - номинальная мощность двухобмоточного трансформатора;

U1ном- номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора;

Ктр - коэффициент трансформации понижающего трансформатора;

KI- коэффициент трансформации измерительного трансформатора тока;

Ксэп- коэффициент самозапуска не отключившихся электродвигателей;

Iк.min2 - минимальный ток трехфазного КЗ за трансформатором;

Iк.max- наибольший ток трехфазного КЗ на зажимах вторичной обмотки одиночно работающего защищаемого трансформатора;

Iк.min1- минимальный ток трехфазного КЗ в месте установки защиты (на зажимах первичной обмотки).

Таблица 3

МТЗ применяется для защиты трансформаторов от внешних и внутренних КЗ и защищает первичную н вторичные обмотки. Эта защита относится к числу небыстродействующих, так как по условию избирательности всегда имеет выдержку времени.. Вследствие небыстро действия МТЗ используют в качестве основной защиты от повреждений только для маломощных трансформаторов. Для трансформаторов, снабженных специальными быстродействующими защитами от внутренних повреждений, МТЗ используют для защиты от внешних повреждений и как резервную от внутренних повреждений на случай отказа основной защиты или выхода ее из работы.

Токовая отсечка (ТО) -- самая простая быстродействующая защита трансформатора. Принцип действия ТО основан на большом различии в токах КЗ на первичной и вторичной сторонах трансформатора. Реагируя только на большие токи КЗ, ТО имеет ограниченную зону действия, в которую входят ошиновка, вводы и первичная обмотка трансформатора. ТО устанавливают со стороны питания, но при срабатывании она воздействует на выключатели, установленные со стороны высшего и низшего напряжений. ТО применяют для двухобмоточных трансформаторов, не снабженных дифференциальной защитой.

Рис. 2 Совмещённая (а) и разнесённая (б) схемы МТЗ и ТО трансформатора

Расчёт токов срабатывания защит трансформатора

Первичный ток срабатывания максимальной токовой защиты выбирается из условия отстройки от наибольшего тока нагрузки:

,

где Кн = 1,1+1,2- коэффициент надежности (отстройки);

Кс.э.п. - коэффициент самозапуска, учитывающий возрастание тока нагрузки в послеаварийном режиме или после действия АВР за счет самозапуска электродвигателей;

Кв = 0,8ч0,85 (для реле РТ-40) - коэффициент возврата реле;

Iраб.mах - наибольший ток нагрузки защищаемого трансформатора (принимается равным номинальному току трансформатора Iраб.mах = I1ном).

,

,

Ток срабатывания реле определяется по формуле:

,

где Кс.х., - коэффициент схемы, равный 1 при включении реле тока на ток фазы и равный при включении реле на разность токов двух фаз;

KI - коэффициент трансформации трансформатора тока.

,

Проверка чувствительности МТЗ трансформатора выполняется при двухфазном КЗ на стороне низшего (вторичного) напряжения трансформатора.

,

где Iк.min2 - минимальный ток трехфазного КЗ за трансформатором;

Kтр - коэффициент трансформации понижающего трансформатора.

,

Кч = 2,8 > 1,5 - условие выполняется.

Первичный ток срабатывания токовой отсечки определяется из условия надежного несрабатывания (отстройки) ее при трехфазном КЗ на стороне низкого напряжения (НН) трансформатора.

,

где Кн = 1,3ч1,4 (для трансформаторов).

,

Ток срабатывания реле Iс.р. определяется по формуле, приведенной выше.

,

Для трансформатора проверка чувствительности отсечки выполняется при двухфазном КЗ на стороне высшего (первичного) напряжения

,

,

Кч = 1,6 < 2 - условие не выполняется, возможны ложные срабатывания.

Задача 3

Пояснить защиты трансформаторов от внутренних повреждений, внешних КЗ и перегрузок, указать область их применения в соответствии с требованиями ПУЭ. трансформатор электрический выключатель ток

Трансформаторы являются надежным оборудованием электроустановок. Но в процессе эксплуатации возможны их повреждения или возникновение ненормальных режимов, которые обуславливают необходимость установки защит.

Основными видами повреждений являются многофазные и однофазные к.з. в обмотках и на выводах трансформаторов, а также «пожар стали» магнитопровода. Однофазные замыкания могут бытьна землю и между витками обмотки (витковые). Наиболее вероятны многофазные и однофазные к.з. на выводах трансформаторов и однофазные витковые замыкания в обмотках. Значительно реже в обмотках возникают многофазные к.з. «Пожар стали» случается так же редко, но может нанести серьезные повреждения магнитопроводу. Причиной его является нарушение изоляции между листами магнитопровода, что ведет к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи, повышению местного нагрева и дальнейшему разрушению изоляции. Недопустимый нагрев при «пожаре стали» и под действием электрической дуги при витковых замыканиях приводит к разложению трансформаторного масла и других изоляционных материалов. Следствием этих процессов является выделение газа и повышение давления внутри бака трансформатора.

Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними к.з., перегрузками, понижением уровня масла. При внешних к.з. по обмоткам трансформаторов протекают токи, которые во много раз превышают номинальные, создавая опасность перегрева и повреждения обмоток. Внешние к.з. (сверхтоки) сопровождаются снижением напряжения в сети за трансформатором. Перегрузки трансформаторов обуславливаются режимами работы потребителей электроэнергии. При этом увеличение тока даже в 2 раза сверх номинального не требует немедленного отключения трансформатора. Он может оставаться в работе в этом режиме до 10 мин. Перегрузку током 1,6Iном можно допускать в течение уже 45 мин. Понижение уровня масла может произойти при образовании течи вследствие повреждения бака, сильном снижении температуры окружающей среды.

Защиты трансформаторов действуют на их отключение от всех источников питания при многофазных к.з., витковых замыкании ях, замыканиях одной фазы на землю при заземленной нейтрали и значительном выделении газов из масла. Они должны также отключать трансформатор при к.з. на линиях, питающихся от него, если по каким-то причинам не отключаются выключатели линий. Защиты должны действовать на сигнал при перегрузках, слабом газообразовании, повышении температуры и понижении уровня масла.

Газовая защита трансформаторов от внутренних повреждений, сопровождающихся выделением газа, и от понижения уровня масла должна быть предусмотрена для трансформаторов мощностью 6300 кВ?А и более, а также для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВ?А и более. Кроме того, такой защитой можно укомплектовывать также трансформаторы мощностью 1000--4000 кВ?А.

Защита должна действовать на сигнал при слабом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение -- при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.

Продольная дифференциальная защита без выдержки времени предусматривается на трансформаторах мощностью 6300 кВ?А и более, а также на параллельно работающих трансформаторах мощностью 4000 кВ?А. Дифференциальная защита может быть предусмотрена на трансформаторах меньшей мощности, но не менее 1000 кВ?А, если токовая отсечка не удовлетворяет требованиям чувствительности, а максимальная токовая защита имеет выдержку времени более 0,5 с.

Токовая отсечка нашла широкое применение для защиты трансформаторов вследствие своей простоты и быстродействия и является вместе с газовой защитой основной при внутренних повреждениях трансформаторов мощностью менее 6300 кВ?А, если удовлетворяет требованию чувствительности. Токовая отсечка не ставится на трансформаторы, имеющие дифференциальную защиту.

Максимальная токовая защита используется в качестве основной защиты маломощных трансформаторов, так как она небыстродействующая и имеет ограниченную чувствительность. При наличии быстродействующих защит от внутренних повреждений трансформаторов МТЗ используется как резервная от таких видов повреждений и основная от внешних к.з. На трехобмоточных трансформаторах с односторонним питанием МТЗ устанавливают со стороны всех трех обмоток.

Задача 4

Начертить принципиальную электрическую схему управления выключателем ВАБ-43, выполненную разнесенным способом. Указать назначение элементов схемы. Пояснить работу схемы при оперативном включении, отключении и сигнализацию положения.

Выключатель ВАБ-43 предназначен для защиты преобразователей от токов обратного направления. Существенной особенностью этого выключателя по сравнению с другими является замена держащей катушки постоянным магнитом. В результате выключатель не требует постоянного тока питания оперативным током и не происходит его произвольного отключения при кратковременном исчезновении или посадке напряжения на шинах при КЗ.

Выключатели ВАБ-43 является наиболее современным быстродействующим выключателем. В настоящее время они получили преимущественное распространение на тяговых подстанциях метрополитенов и электрифицированных железных дорог.

Рисунок 3 - Принципиальная схема управления выключателем ВАБ-43

Включение выключателя осуществляется нажатием кнопки SBC. При протекании тока по цепи 3-4 получает питание катушка контактора КМ. Контактор замыкает своими контактами КМ1 и КМ2 цепь 1-2 включающей катушки выключателя YAC. БВ переходит в предвключенное состояние, и его блок-контакты переключаются: QF1 замыкает цепь 3-6 блокирующего реле KBS; QF2 размыкает цепь 7-10 зеленой лампы HLG; QF3 замыкает цепь 8-12 красной лампы HLR, сигнализирующей о включении выключателя. Блокирующее реле КВС своим контактом размыкает цепь 3-4, контактор КМ отключается и контактами КМ1 и КМ2 размыкает цепь 1-2 включающей катушки выключателя, после чего механизм свободного расцепления разрешает переход выключателя из предвключенного состояния во включенное. Реле КВС становится на самоподпитку через контакт KBS2. Пока контакт SBC будет замкнут, реле KBS будет под током, и, если в этот период выключатель автоматически отключиться, контактор КМ не получит питания, т.к. цепь 3-4 будет разомкнута контактом КВС1. Для повторного включения необходимо отпустить кнопку SBC, реле KBS потеряет питание и контакт КВС1 замкнется. Нажатием кнопки SBC осуществляется повторное включение выключателя.

Отключение выключателя осуществляется нажатием кнопки SBT, контакт которой размыкает цепь 5-8 держащей катушки YAT. После исчезновения тока в катушке YAТ выключатель отключается отключающей пружиной. Разрядный ток, возникающий под действием противо э.д.с. держащей катушки, замыкается через резисторы R2, R3 и R4. Стабилитрон VD1 независимо от колебания напряжения питания подает постоянное напряжение на переход "база- коллектор” транзистора VT, который поддерживает стабильный ток в цепи держащей катушки YAТ. Резистор R3 служит для первоначальной регулировки тока держащей катушки. Кроме того, стабилизации коллекторного тока способствует резистор R4, подключенный к эмиттеру и коллектору транзистора VT. Сигнализация отключенного положения выключателя осуществляется зеленой лампой HLG в цепи 7-10, которая замыкается блок-контактом выключателя QF2.

Задача 5

Пояснить назначение сглаживающего устройства (СУ) на тяговых подстанциях постоянного тока. Указать особенности сглаживающего устройства для двенадцати пульсовой схемы выпрямления. Начертить указанную схему СУ. Объяснить назначение каждого элемента схемы.

При преобразовании трехфазного переменного тока в постоянный с помощью выпрямителей кривая выпрямленного напряжения является пульсирующей. У шестипульсовых преобразователей, применяемых на тяговых подстанциях, на интервал времени одного периода основной частоты переменного тока 50 Гц приходится шесть пульсаций, у двенадцатипульсовых - двенадцать. Периодичность пульсаций при этом составляет 50x6 = 300 Гц или 50х12 = 600 Гц. Выпрямленное напряжение можно разложить на постоянную Ud и переменную Udn составляющие. Переменная составляющая в свою очередь раскладывается на ряд гармонических переменных напряжений. При частоте первой гармоники f1 = 300 Гц, частоты последующих гармоник, кратные их номерам, равняются соответственно f2 = 600 Гц, f3 = 900 Гц, f4 = 1200 Гц и т.д., а при f1 = 600 Гц -- f2 = 1200 Гц, f3 = 1800 Гц. С возрастанием частоты гармоник снижаются амплитуды их напряжений. Во многих случаях переменное напряжение энергосистемы несинусоидально, что увеличивает пульсации гармоник и приводит к появлению других, кратных частоте 100 Гц (100; 200; 400; 500 Гц и выше).

Наличие гармоник звуковой частоты (100... 900 Гц и выше) в кривой выпрямленного напряжения приводит к протеканию в тяговой сети токов одноименных частот. Вокруг проводов контактной сети возникает переменное магнитное поле, которое наводит в проводах воздушных линий связи ЭДС этих частот, под действием которых которых создаются переменные токи, оказывающие мешающие воздействия на телефонную аппаратуру.

Сглаживающие устройства, устанавливаемые в РУ - 3,3 кВ, призваны не пропускать с тяговой подстанции в контактную сеть токи высших гармоник. СУ состоит из одного (рис. 48.1, а) или двух (рис.48.1, б и в) реакторов, включенных в минусовую шину, и резонансных контуров, состоящих из конденсаторов и индуктивных катушек, Каждый контур настраивают в резонанс на определенную частоту из числа гармоник, имеющихся в выпрямленном напряжении. Спектр частот в переменной выпрямленного напряжения очень разнообразен -- от 100 до 6000 Гц через каждые 100 Гц, причем наибольшие амплитуды напряжений имеют гармоники, кратные 300 Гц, Наибольшее мешающее воздействие на линии связи оказывают гармоники от 100 до 1500 Гц,

Важным преимуществом внедрения на тяговых подстанциях двенадцатипульсовых схем выпрямления является возможность применения более простых и экономичных сглаживающих устройств, например, однозвенных. Схема однозвенного сглаживающего устройства приведена на рис. 49.1, в. Подключение СУ к шинам РУ-3,3 кВ осуществляется разъединителем QS. Через полюс разъединителя QS к шинам подключается вольтметр Р V, защищаемый предохранителем FU. Рекомендуется применять реактор LR с индуктивностью равной 5 мГн, а конденсатор С -- с емкостью 400 мкФ.

Рисунок 4 Схемы сглаживающих устройств:

а -- принципиальная; б -- двухзвенного; в -- однозвенного

При определенных условиях в цепи СУ могут наблюдаться резонансные явления на частотах от 50 до 150 Гц, при которых резко возрастают токи гармоник в СУ и в рельсовых цепях СЦБ, что может стать причиной ложной работы устройств железнодорожной сигнализации. Для демпфирования резонансных явлений рекомендуется параллельно емкости С включать резонансный RС-контур, настроенный на частоту 100 Гц. Наличие такого контура позволяет не только исключить резонансные явления на этой частот, но и повысить коэффициент сглаживания.

Защищается сглаживающее устройство предохранителем FUX, а для контроля за работой СУ устанавливается трансформатор тока ТА. В цепь вторичной обмотки ТА включается амперметр и токовое реле, которое необходимо для подачи сигнала обслуживающему персоналу об увеличении тока в СУ (например, при значительной несимметрии или несинусоидальности питающего напряжения подстанции, обрыве цепи одной фазы обмотки преобразовательного трансформатора и т.д.). Ток срабатывания этой сигнализации составляет от 60 до 80 А.

Используемая литература

1. Бей Ю.М. и др. Тяговые подстанции. М.: Транспорт, 1986.

2. Почаевец В.И. Электрические подстанции. М.: Транспорт, 2001.

3. Прохорский А.А. Тяговые и трпансформаторные подстанции. М.: Транспорт, 1983.

4. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. 3-е изд.перераб. и доп. - М.: Высш.шк. 1991.

Размещено на Allbest.ru