Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

ЧЕРНІГІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬниЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Навчально-Науковий інститут технологій

факультет електронних та інформаційних технологій

Кафедра електричних систем і мереж

Пояснювальна записка

до курсового проекту з дисципліни: «Основи релейного захисту»

Завдання на курсову роботу з дисципліни "Основи техніки РЗА" для студенів групи ЕМ-151

Виконав

студент групи ЕМ-151 Бойко А. К.

Перевірив

доцент, к.т.н. Приступа А. Л.

Для спроектованої підстанції в курсовому проекті "Електричні станції, підстанції" виконати розрахунок струмів КЗ з врахуванням можливості регулювання напруги силових трансформаторів (автотрансформаторів). Розрахувати параметри аварійних режимів для ЛЕП 10 кВ в розрахункових точках, необхідних для налаштування параметрів релейного захисту. Схема лінії 10 кВ представлена на рисунку. Привести еквівалентну схему заміщення.

Розрахувати ступінчастий струмовий захист лінії 10кВ (однієї з ЛЕП, що живляться від спроектованої підстанції). Виконати розрахункову перевірку трансформаторів струму 10кВ. Побудувати карту селективності (захист трансформаторів 10/0,4 кВ виконано запобіжниками). Привести схеми захисту.

Розрахувати основний захист силового трансформатора (автотрансформатора). Привести схеми захисту.

Рисунок - Схема лінії 10кВ

Перелік скорочень

ВН - висока напруга;

КЗ - коротке замикання;

НН - низька напруга;

СН - середня напруга;

РЗА - релейний захист і автоматика;

ТН - трансформатор напруги;

ТС - трансформатор струму;

ПС - підстанція;

РПН - регулювання під навантаженням;

ТП - трансформаторна підстанція;

РУ - електрична розподільна установка;

МСЗ - максимальний струмовий захист;

СВ - струмова відсічка.

Вступ

В електричних системах, на електрообладнанні електричних станцій та мереж можуть виникати пошкодження та ненормальні режими, які, зазвичай, супроводжуються значним зростанням струму та зниженням напруги у елементах електрообладнання.

Зростання струму викликає виділення значної кількості тепла та спричиняє значні електродинамічні зусилля, які призводять до руйнування електрообладнання в місці виникнення пошкодження та недопустимого перегрівання суміжного електрообладнання по якому протікає цей струм. Зниження напруги порушує нормальну роботу споживачів електроенергії.

Призначенням релейного захисту є якомога швидше автоматичне відключення пошкодженого елементу електрообладнання мережі від її непошкодженої частини. Якщо пошкодження не загрожує негайним руйнуванням обладнання, не порушує електропостачання споживачів та не порушуються норми техніки безпеки (тобто при пошкодженні не відбувається зростання струму та зниження напруги) пристрої РЗ можуть діяти не на відключення елемента, а на сигнал.

струм замикання трансформатор релейний

Розрахунок струмів короткого замикання з урахуванням можливості регулювання напруги

Згідно із завданням, розрахуємо струми короткого замикання у необхідних точках мережі з врахуванням можливості регулювання напруги. Довідникові дані трансформатора [1] АТДЦТН-250000/220/110 занесені в таблицю 1.1. З ГОСТ[2] взяті напруги короткого замикання для різного положення РПН.

Таблиця 1.1 - Довідникові дані трансформатора АТДЦТН-250000/220/110

Положення РПН	, МВА	, кВ	, кВ	, кВ	, %	, %	, %	, кВт
+6	-	257,6	-	-	7	33,4	23
Номінальне	250000	230	121	10,5	11,5	33,4	20,8	520
-6	-	202,4	-	-	21	33,4	22

Довідникові дані трансформаторів мережі 10кВ занесені в таблицю 1.2.

Таблиця 1.2 - Довідникові дані трансформаторів мережі 10 кВ

Марка трансформатора	, кВА	, кВ	, кВ	, %	, кВт
ТМ-100	100	10	0,4	5,5	2,40
ТМ-160	160	10	0,4	4,5	2,65
ТМ-250	250	10	0,4	4,5	3,7

Приведені дані будуть необхідні при розрахунку опорів еквівалентної схеми заміщення.

Розрахунок параметрів схеми заміщення трансформаторів

Опір джерела живлення електричної мережі розраховуємо за формулою:

(1.1)

Використовуючи формулу (1.1) розрахуємо опір джерела живлення електричної мережі:

 Ом

Активний опір трансформатора визначається за формулою:

(1.2)

де - потужність обмотки НН

Індуктивний опір трансформатора визначається за формулою:

(1.3)

Для визначення індуктивного опору відповідної обмотки трьохобмоточного трансформатора знаходимо напругу короткого замикання кожної с обмоток:

(1.4)

де , , - напруги короткого замикання у % для пар обмоток.

Використовуючи формули (1.2)-(1.4) розрахуємо параметри трансформаторів, для номінального положення РПН, оскільки трансформатори працюють паралельно то опори ділимо на 2:

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Аналогічні розрахунки будуть і для максимального и мінімального положення РПН. При максимальному положенні РПН напруга перевищує найбільшу робочу напругу для ізоляції 252 кВ. Тому при розрахунках використовуємо максимальне значення напруги 252 кВ. Отримані дані заносимо в таблицю 1.3. Параметри схеми заміщення трансформаторів мережі 10 кВ представлені в таблиці 1.4 , розрахунки проводимо за формулами (1.2)-(1.3).

Таблиця 1.3 - Параметри схеми заміщення трансформаторів мережі 220 кВ

Положення РПН	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом
Максимальне	0,264	11,05	0,264	0	0,528	31,371
Номінальне	0,22	12,749	0,22	0	0,44	22,588
Мінімальне	0,17	13,273	0,17	0	0,34	14,092

Таблиця 1.4 - Параметри схеми заміщення трансформаторів 10 кВ

Марка трансформатора	, Ом	, Ом
ТМ-100	24	45
ТМ-160	10,352	28,125
ТМ-250	5,92	18

Еквівалентна схема заміщення мережі 220 кВ представлена на рисунку 1.1. Схема заміщення при різних положеннях РПН трансформатора аналогічна.

Рисунок 1.1 - Еквівалентна схема заміщення с розрахованими параметрами

Розрахунок параметрів схеми заміщення ЛЕП 10 кВ

Активний опір ділянки лінії визначається за формулою:

(1.5)

Індуктивний опір ліній визначається за формулою:

(1.6)

де - погонний індуктивний опір фази лінії, який визначається за формулою:

(1.7)

Для розрахунку параметрів схеми заміщення ЛЕП 10 кВ з довідника беремо необхідні дані заносимо їх таблицю 1.5.

Використовуючи формули (1.5)-(1.7) розраховуємо параметри схеми заміщення ЛЕП 10 кВ, результати розрахунків заносимо в таблицю 1.5.

Таблиця 1.5 - Довідникові дані та параметри схеми заміщення ЛЕП 10кВ.

Назва ЛЕП	Марка проводу	, Ом/км	, мм	, Ом/км	, км	, Ом	, Ом
Л1	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,4	0,316	0,143
Л2	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,4	0,316	0,143
Л3	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,1	0,079	0,036
Л4	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,15	0,119	0,054
Л5	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,2	0,158	0,072
Л6	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,3	0,237	0,107
Л7	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,2	0,158	0,072
Л8	АС-25	1,152	6,9	0,371	0,1	0,115	0,036
Л9	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,05	0,04	0,018
Л10	АС-35	0,790	8,4	0,358	0,3	0,237	0,107

Схема заміщення мережі 10 кВ зображена на рисунку 1.2.

Рисунок 1.2 - Схема заміщення мережі 10 кВ (опори приведені в Омах)

Розрахунок струмів короткого замикання в мережі 220 кВ

Знайдемо струм короткого замикання в точці при номінальному положенні РНП. Схема заміщення для розрахунку показана на рисунку 1.3.

Рисунок 1.3 - Еквівалентна схема заміщення для розрахунку струму КЗ в точці

Розрахуємо модуль еквівалентного опору за формулою:

(1.8)

 Ом

Розрахуємо струм короткого замикання в точці за формулою:

(1.9)

 А

Аналогічні розрахунки проводимо для точок та при різних положеннях РПН трансформатора. Отримані розрахункові дані заносимо в таблицю 1.6.

Таблиця 1.6 - Струми КЗ в мережі 220 кВ при різних положеннях РПН

Положення РПН	, А	, А	, А
Максимальне	2134	1985	1390(35030)
Номінальне	2134	1771	1361(31300)
Мінімальне	2134	1548	1304(26400)

Примітка: Значення в дужках струм приведений до напруги 10 кВ.

Струм короткого замикання в точці приведемо до напруги 10 кВ за наступною формулою:

 А

Розрахунок струмів короткого замикання в мережі 10 кВ

Обмотки високої та низької напруги з'єднані послідовно, тому проведемо еквівалентування:

 Ом

 Ом

Тепер приведемо опори до низької напруги:

 Ом

 Ом

Аналогічні розрахунки будуть для інших положень РНП, результати заносимо в таблицю 1.7.

Таблиця 1.7 - Еквіваленті опори приведені до напруги 10 кВ при різних положеннях РПН

Положення РПН	, Ом	, Ом	, Ом	, Ом
Максимальне	0,793	104,656		0,165
Номінальне	0,66	97,572		0,202
Мінімальне	0,511	89,6		0,219

Схема заміщення представлена на рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 - Схема заміщення електричної мережі

Розрахуємо струм КЗ в точці :

Ом

 Ом

А

Аналогічні розрахунки проводять для інших точок та для різного положення РПН. Результати розрахунку заносимо в таблицю 1.8.

Таблиця 1.8 - Струми КЗ у різних точках мережі 10 кВ

Параметр	Точка КЗ
, A	12320	112	4550	289	5705	187	5474	187	4301	186	4401	289
, A	13060	112	4622	290	5824	188	5582	187	4362	186	4468	289
, A	11990	112	4517	289	5650	187	5424	187	4272	186	4371	289
, Ом	0.469	51,454	1,269	19,949	1,012	30,804	1,055	30,835	1,342	31,035	1,312	19,98
, Ом	0.442	51,421	1,249	19,915	0,991	30,77	1,034	30,801	1,323	31,001	1,292	19,945
, Ом	0.481	51,469	1,278	19,965	1,022	30,82	1,064	30,851	1,351	31,051	1,321	19,996

Розрахунок ступінчатого струмового захисту лінії 10кв

Розрахунок максимального струмового захисту

Згідно завдання у мене реле типу РТ-81 його основні параметри приведені в таблиці 1.1 [4].

Таблиця 1.1 - Характеристики уставок струму спрацювання, витримки часу, кратності струму відсічки реле РТ-81

Модифі- кація	Уставки струму спрацювання	Номінальний струм, А	Уставки витримки часу	Уставки кратності струму відсічки
	Діапазон, А		Діапазон, С	Діапазон, крат.
РТ-81/1	4, 5, 6, 7, 8, 9, 10	10	Плавно від 1 до 4 с., від 4 до 16 с., від 0.5 до 1 с.	2 - 8

Розрахунок струму спрацьовування максимального струмового захисту виконується за формулою:

(1.10)

де - коефіцієнт запасу, який забезпечує надійне спрацьовування захисту, внаслідок врахування похибки реле з джерела [4] для реле РТ-80 ;

? коефіцієнт самозапуску, будемо вважати що лінія живить приватний сектор ();

? коефіцієнт повернення пускових органів реле();

? робочий максимальний струм лінії.

Максимальний робочий струм лінії знаходимо за формулою, враховуємо що трансформатори марки ТМ можуть бути перевантажені:

(1.11)

 A

Струм спрацювання реле знаходимо за формулою:

(1.12)

де ? коефіцієнт схеми, який визначає схему з'єднання вторинної обмотки ТС та обмоток реле ();

? коефіцієнт трансформації вимірювальних трансформаторів струму ().

Розраховуємо струм спрацювання максимального струмового захисту:

 А (1.13)

Трасформатори захищені запобіжниками. Згідно з [4] для захисту трансформаторів використовують запобіжники типу:

ТМ-100 - ПКТ-101-10-16-12,5

ТМ-160 - ПКТ-101-10-20-12,5;

ТМ-250 - ПКТ-101-10-31,5-12,5;

Друга умова розрахунку струму спрацювання захисту від попереднього захисту:

Для запобіжника :

Найпотужніший трансформатор марки ТМ-250, його захищає запобіжник з номінальним струмом  А. Згідно часострумової характеристики представленої на рисунку 1.1 струм при якому плавиться плавка вставка в запобіжнику за 5 с дорівнює 100 А.

Рисунок 1.1 - Часострумова характеристика запобіжників ПКТ

Розрахуємо струм спрацювання захисту:

 А

Розрахуємо струм спрацювання реле:

 А

Обираємо уставку по струму для реле згідно таблиці 1.1  А. Розрахуємо струм спрацювання захисту:

 А

Визначимо коєфіцієнт чутливості при КЗ в основній і резервній зоні захисту по формулі [4]:

(1.14)

де - мінімальний струм КЗ в основній та резервній зоні захисту

Як бачимо в основній зоні захисту чутливість забезпечується, бо >1,5, а в резервній ні, бо <1,2, але це не забороняється ПУЄ.

Мінімальний струм КЗ в основній зоні захисту складає 4272 А, при цьому струмі плавка вставка плавиться миттєво, а ступінь селективності складає  с,

 c

Для реле РТ-80 час уставки визначається з графічної залежності представленої на рисунку 1.2, для струму 1000 А:

 %

Рисунок 1.2 - Характеристики реле типу РТ-80

Обираємо уставку 1 с. На рисунку представлено часострумові характеристики запобіжника та реле 1.3.

Рисунок 1.3 - Часострумові характеристики запобіжника та реле

Рисунок 1.4 - Схема МСЗ

Розрахунок струмової відсічки

Струм спрацювання розраховується за формулами:

(1.15)

 А (1.16)

 А

Обираємо найбільший струм згідно с характеристикою на рисунку 1.1 час відключення складає  с.

Але для забезпечення селективності вимикача з запобіжниками за характеристикою представленою на рисунку 1.1 при часі відключення вимикача та спрацювання реле

 с (1.17)

струм складає 290 А. Струм спрацювання реле:

 А

Обираємо коефіцієнт:

Розрахуємо коефіцієнт чутливості для струмової відсічки:

чутливість задовільна.

Перевірка трансформатора струму

Перевірка повної похибки виконаємо за кривими граничних кратностей [4], для цього розрахуємо граничну кратність:

(1.18)

де - для залежної характеристики ;

- первинний номінальний струм ТТ.

 A

За кривою граничних кратностей представленою на рисунку 1.5 знаходимо допустимий опір навантаження. Він дорівнює  Ом.

Рисунок 1.5 - Криві граничних кратностей для ТПЛ10 крива 1

Для проходження перевірки:

(1.19)

де - розрахункове навантаження ТТ.

згідно з [4]:

де - опір провідників ;

- опір реле ;

- опір контактів  Ом;

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Як бачимо умова (2.10) виконується ТТ перевірку по повній похибці проходить. Далі перевірка за умовою . Значення на зажимах вторинної обмотки ТТ знаходять за виразом:

(1.20)

 В

 В

Умова виконується. Наступна умова :

(1.21)

(1.22)

За графічною залежністю представленою на рисунку знаходимо

Рисунок 1.6 - Залежність для ТТ

Як бачимо, , що більше допустимого , тому дане реле не можна застосовувати у якості основного захисту.

РОЗРАХУНОК ОСНОВНОГО СИЛОВОГО ЗАХИСТУ ТРАНСФОРМАТОРА

Розрахунок повздовжнього диференційного захисту

Для захисту трансформаторів використовуємо реле ДЗТ - 11. Струм спрацювання повздовжнього диференційного захисту з гальмуванням:

де - для реле нашого типу дорівнює 1.5;

- струм номінальний по стороні ВН.

Знайдемо за формулою:

А

 A

Розрахуємо мінімальний струм, що протікає по реле при КЗ за формулою:

де - мінімальне значення струму короткого замикання за трансформатором.

- коефіцієнт трансформації ТТ по стороні ВН ().

 A

Розрахуємо струм спрацювання реле:

 А

Перевіримо чутливість:

чутливість не задовільна.

Округлюємо до меншого цілого значення =9.

 A

Для подальшого розрахунку нам необхідно знайти струми що проходять по стороні СН та НН за формулами:

 A

A

Розрахуємо струми, що протікають в реле, за формалами:

 А

А

А

Розраховуємо кількість витків обмотки реле для сторони СН:

Округлюємо до цілого значення =9. Розрахуємо складові струму небалансу:

A

A

A

A

Округлюємо до більшого цілого значення =5.

Розраховуємо кількість витків обмотки реле для сторони НН:

Округлюємо до цілого значення =14. Розрахуємо складові струму небалансу:

A

A

A

A

Округлюємо до більшого цілого значення =7. Обираємо з двох більше П=7. Перевіримо чутливість:

чутливість незадовільна. На рисунку 3.1 представлена схема диференційного захисту.

Рисунок 0.1 - Схема включення обмоток реле фази А типу ДЗТ-11.

Газовий захист

Газовий захист - спеціальний захист, який спрацьовує при внутрішніх пошкодженнях трансформатора (всередині бака), реагує на підвищення тиску газу в баці, або на аварійне зменшення рівня масла в трансформаторі.

Для захисту трансформаторів від внутрішніх пошкоджень встановлюємо газовий захист з реле РГЧЗ-66.

Рисунок 0.2 - Будова чашкоподібного реле

Сигнальний і відключаючий елементи реле це відкриті плоскодонні алюмінієві чашки 1 і 2. Кожна чашка закріплена на осі 3 і може обертатися навколо неї. З корпусом чашки зв'язаний рухомий контакт 5 на нижньому і 4 на верхньому елементі. При опусканні чашки рухомий контакт замикається з нерухомим 7 або 6. Руху чашок на замикання контактів протидіють пружини 8 і 9, тягнуть чашки вгору. Для обмеження руху чашок під дією пружини передбачені упори 10 і 11. На нижній чашці 2 є лопать 12 обертається на осі. Якщо в кожусі реле і в чашках немає масла, то момент пружини долає робочий момент , створюваний вагою корпуса чашки. В цьому випадку > і контакти обох елементів розімкнуті. Якщо кожух реле, а отже, і чашки, заповнені маслом, то за рахунок втрати ваги тіла, зануреного в рідину, зменшується і момент пружин ще більше перевершує . При зниженні рівня масла момент збільшується за рахунок ваги масла в чашці, сумарна сила ваги чашки і масла + долає протидію пружини (>), чашка опускається і замикає свої контакти. При бурхливому газоутворення під дією сили, створеної потоком масла або газів, лопасть 12 повертається і замикає контакти 5 і 7. На рисунку 3.3 приведена схема газового захисту.

Рисунок 0.3 - Схема газового захисту

Перелік джерел посилання

струм замикання трансформатор

Справочник по проектированию электроэнергетических систем/В. В. Ершевыч, А.Н. Зейлигер, Г. А. Илларионов и др.; под ред. С. С. Рокотяна и И. М. Шапиро. - 3-е изд., перероб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 352 с.

ГОСТ 17544-85

Розрахунок струмів короткого замикання та вибір електрообладнання на електричних станціях та підстанціях. Методичні вказівки для студентів спеціальності 6.090600 «Електричні системи та мережі». / Укл.: Буйний Р. О., Ананьєв В. М., Тисленко В. В. - Чернігів: ЧДТУ, 2004-70с.

Шабад М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография / М. А. Шабад. - 4-е изд., перераб. и доп. - СПб.: ПЭИПК, 2003 - 350 стр., ил.

Размещено на Allbest.ru

...