Релейная защита в системах электроснабжения 2 страница

.

Выбирается схема включения и К_сх

Определяется ток срабатывания защиты

здесь К_ОТС = 1,1 – коэффициент отстройки; К_В = 0,9 – коэффициент возврата реле.

Ток срабатывания реле

.

Выбирается реле, определяется сумма уставок и ток уставки.

Время срабатывания защиты отстраивается от времени пуска

здесь t_пуск– время самозапуска двигателя.

2.4 Защита минимального напряжения

Защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень предназначена для облегчения самозапуска ответственных двигателей, вторая – для отключения части электродвигателей ответственных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям технологического процесса или по условиям безопасности. Напряжение срабатывания первой ступени защиты двигателя при понижении напряжения выбирается таким, чтобы обеспечивался замозапуск других более ответственных двигателей, т.е. 60-70% от U_ном. Напряжение срабатывания второй ступени – 50% от U_ном.

Для питания реле минимального напряжения используются трансформаторы напряжения, которые устанавливают в распределительных пунктах для контроля и учета электроэнергии. Выбирается трансформатор напряжения.

Коэффициент трансформации

,

где U_2.ном. = 100 В – номинальное вторичное напряжение трансформатора.

Определяется напряжение срабатывания первой ступени

,

здесь U_{min раб} = 0,7 U_ном. – минимальное напряжение на шинах, которое не вредит технологическому процессу; К_В – коэффициент возврата статического реле; К_ОТС – коэффициент отстройки.

Определяется напряжение срабатывания реле первой ступени

Принимается к установке реле РСН, определяется сумма уставок

Напряжение уставки реле первой ступени

.

Время срабатывания первой ступени защиты минимального напряжения принимается равным t_CЗ¹= 0,5 с.

Аналогично рассчитывается вторая ступень. Реле второй ступени включается во вторичную цепь того же трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.

Напряжение срабатывания второй ступени защиты

Напряжение срабатывания реле второй ступени

Принимается к установке реле РСН, определяется сумма уставок и напряжение уставки реле второй ступени

.

Время срабатывания второй ступени защиты минимального напряжения принимается равным t_CЗ¹¹= 10 с с помощью реле времени РВ-01.

2.5 Защита от асинхронного режима

Защита синхронных электродвигателей от асинхронного режима осуществляется с помощью реле, реагирующего на увеличение тока в обмотке статора и выполняется часто при помощи токового реле с зависимой характеристикой, которое одновременно используется для защиты от перегруза. Для СД с отношением короткого замыкания меньшим 1 применяется также совмещенная защита с независимой от тока выдержкой времени и током срабатывания

.

Выдержка времени защиты выбирается из условия отстройки от времени пуска и принимается равной 8-10 с.

3 Защита цехового трансформатора Т3, Т4

В общем случае цеховые трансформаторы защищают при следующих повреждениях и ненормальных режимах:

а) при замыканиях между витками одной фазы;

б) при междуфазных КЗ в обмотках и на их выводах;

в) при замыканиях на землю;

г) при внешних КЗ;

д) при перегрузке;

е) при понижении уровня масла.

Выбирается тип защит и определяются токи срабатывания защит и реле цехового трансформатора типа ТМ.

Защита от междуфазных коротких замыканий

Рассчитывается защита цехового трансформатора Т3 при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах высокого напряжения, при внешних КЗ, при однофазных КЗ и при перегрузке. Для защиты трансформатора при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах ВН принимается токовая отсечка без выдержки времени с использованием реле типа РСТ. Схема соединения трансформаторов тока – неполная звезда.

Ток срабатывания защиты выбирается по максимальному току, проходящему через трансформаторы тока защиты при трехфазном КЗ на стороне низкого напряжения I_K.max

,

.

Максимальные рабочие токи:

По выбирается трансформатор тока на стороне ВН с номинальным током на первичной стороне: I_1.ном, на вторичной стороне: I_2.ном = 5 А.

Коэффициент чувствительности при I⁽²⁾_K.MIN на выводах высокого напряжения:

.

3.2 Защита от внешних коротких замыканий

Для защиты трансформатора при внешних КЗ и резервирования токовой отсечки и газовой защиты принимается максимальная токовая защита с выдержкой времени.

Схема соединения трансформаторов тока – неполная звезда. Максимальная токовая защита отстраивается от тока самозапуска полностью заторможенных ответственных двигателей, присоединенных к шинам НН. Токи срабатывания защиты и реле находятся по формулам

;

,

где k_сз – коэффициент самозапуска, принимаемый равным 3-3,5, когда нет данных о присоединенных двигателях; в этом случае можно считать, что ток в трансформаторе возрастает в 3-3,5 раза по сравнению с номинальным током.

Принимаем реле и определяется ток уставки

Коэффициент чувствительности защиты определяется по току двухфазного короткого замыкания за трансформатором

.

Выдержку времени максимальной токовой защиты трансформатора выбирают из условия избирательности на ступень Δt выше наибольшей выдержки времени защит присоединений, питающихся от трансформатора, т.е.

t_т = t_пр + Δt .

Обычно ступень селективности Δt принимается равной 0,4-0,7 с (складывается из погрешностей реле времени и времени отключения предохранителя или автоматического выключателя).

Если максимальная токовая защита не удовлетворяет требованию чувствительности, то ее выполняют с пуском от реле минимального напряжения или применяют токовую защиту обратной или нулевой последовательности.

3.3 Защита от перегруза

Для защиты цехового трансформатора при перегрузе принимается максимальная токовая защита, устанавливаемая со стороны ВН трансформатора. Защита выполняется с помощью одного токового реле, включенного на фазный ток, и действует на сигнал с выдержкой времени. МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока трансформатора с учетом 40% - ной перегрузки

Ток срабатывания защиты

здесь К_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки; К_В = 0,9 – коэффициент возврата реле РСТ.

Выдержка времени максимальной токовой защиты выбирается больше выдержки времени защиты трансформатора от КЗ (около 10 с.).

Защита при однофазных КЗ

Для защиты цехового трансформатора при однофазных КЗ в обмотке и на выводах НН, а также в сети НН принимается токовая защита нулевой последовательности с выдержкой времени. При однофазном КЗ на напряжении 0,4 кВ токи замыкания, проходящие по этой стороне, достаточно велики. Однако ток КЗ не полностью трансформируется на сторону высшего напряжения, поэтому рассмотренная максимальная токовая защита недостаточно чувствительна к этим КЗ. Защиту выполняют с помощью одного токового реле, включенного на трансформатор тока, установленный в цепи заземления нейтрали цехового трансформатора. В реле протекает полный ток однофазного КЗ.

Токи срабатывания защиты и реле определяется по формулам:

,

где I_c.з1 – ток срабатывания защиты нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ, который согласуется, в свою очередь, с током отсечки автомата (для защиты присоединений устанавливается автомат с током отсечки I_отс > I_{2раб.макс}); k_н1 – коэффициент надежности согласования, принимаемый равным 1,1; k_н2 – коэффициент надежности согласования, принимаемый равным 1,2; I_с.з – ток срабатывания защиты, с которой производится согласование.

Коэффициент чувствительности защиты нулевой последовательности определяется при однофазном КЗ на выводах НН трансформатора по формуле

,

где I_к⁽¹⁾ – минимальный ток однофазного КЗ на шинах НН; для цеховых трансформаторов с соединением обмоток треугольник – звезда с нулем I_K⁽¹⁾ = I_K⁽³⁾;

Выдержку времени защиты нулевой последовательности, установленной в нейтрали цехового трансформатора, отстраивают от времени срабатывания автоматических выключателей двигателей и принимают равной 0,5 с.

Газовая защита

Газовая защита является основной защитой трансформатора от межвитковых замыканий и других внутренних повреждений, сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качестве реагирующего органа выбирается реле типа РГТ – 80 с уставкой скоростного элемента (нижнего) 0,6 м/с. Верхняя пара контактов действует на сигнал при слабом газовыделении и понижении уровня масла. Нижняя пара контактов действует на отключение при бурном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.

4 Расчет защиты кабельных линий

В общем случае кабельные линии промышленных предприятий защищают при следующих повреждениях и ненормальных режимах:

- при междуфазных КЗ;

- при замыканиях на землю (трехфазных, двухфазных, двойных, однофазных);

- при разрывах фазы;

- при перегрузке.

4.1 Защита кабельной линии Л7

Для защиты кабельной линии при междуфазных КЗ принимается максимальная токовая защита с независимой характеристикой выдержки времени. Схема соединения трансформаторов тока – неполная звезда.

При определении тока срабатывания МТЗ кабельной линии исходят из реальных условий ее эксплуатации и возможных послеаварийных режимов ее работы, Если они неизвестны, то перед расчетом необходимо ими задаться.

Защиты двух и более соединенных элементов, например, трансформатор – линии – двигатели, согласовывают по чувствительности и времени. Ток срабатывания МТЗ рассматриваемой линии, который отстраивается от тока самозапуска I_САМ асинхронных двигателей, определяется по следующей формуле:

,

где К_U,д – напряжение на зажимах асинхронных двигателей в относительных единицах, определяемое при расчете самозапуска этих двигателей. Допустимое значение К_U,д находится в пределах (0,55 – 0,7)U_ном.

Ток самозапуска определяется как ток трехфазного короткого замыкания за эквивалентным сопротивлением Z_Э на шинах РП3, т.е. .

Трансформатор тока выбирается по условию I_1.НОМ >ΣI_АД

Ток срабатывания реле

.

Выдержка времени МТЗ принимается на ступень селективности больше времени срабатывания токовой отсечки асинхронных двигателей, т.е.

t_МТЗ.Л7 = t_ОТС + Δt

В связи с тем, что для защиты асинхронных двигателей от междуфазных КЗ применяют токовую отсечку с использованием токовых реле РСТ и промежуточного реле РП-26, замедляющего время действия токовой отсечки и позволяющего благодаря этому отстроиться от апериодической составляющей пускового тока, принимается t_ОТС = 0,1 с.

Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном КЗ на шинах РП3, к которым подключены асинхронные двигатели

.

Если в результате расчета коэффициент чувствительности окажется меньше 1,5, то следует либо уменьшить количество двигателей, самозапускающихся одновременно, если это допустимо по технологии производства, либо дополнить МТЗ пуском от реле минимального напряжения.

Защита от однофазных замыканий на землю

Устанавливается трансформатор тока нулевой последовательности. Схема включения – полная звезда, К_СХ =1.

4.2 Защита кабельной линии Л5, Л6

Согласно ПУЭ, на линиях 10 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю. От многофазных замыканий устанавливается двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки без выдержки времени, а вторая – в виде максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени.

4.2.1 Токовая отсечка без выдержки времени

Тип трансформатора тока и его номинальное значение выбирается по допустимому току кабеля. Максимальный рабочий ток

Выбирается трансформатор тока. Коэффициент трансформации:

.

Схема включения трансформаторов тока – неполная звезда, следовательно коэффициент схемы К_сх =1.

Определяется ток срабатывания защиты и ток срабатывания реле I_ср.р

,

где К_отс – коэффициент отстройки, К_отс = 1,2;

.

4.2.2 МТЗ с выдержкой времени

Тип трансформатора тока и коэффициент трансформации выбирается аналогично п. 4.3.1 , т.е. по допустимому току кабеля.

Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока с учетом самозапуска двигателей

,

где К_отс – коэффициент отстройки, К_отс = 1,2;

К_сзап – коэффициент самозапуска;

К_В – коэффициент возврата реле, К_В = 0,9.

Коэффициент самозапуска К_сзап равен

,

где ток самозапуска определяется как ток трехфазного короткого замыкания за эквивалентным сопротивлением Z_Э на шинах РП1 (РП2), т.е. .

.

Если за I_max.раб принять длительно допустимый ток кабеля, то

.

Коэффициент чувствительности при КЗ в основной зоне

,

и в резервной зоне

.

Ток срабатывания реле

Определяется время срабатывания защиты

Выбирается реле напряжения РСН. Реле подключается ко вторичной обмотке трансформатора напряжения.

Напряжение срабатывания защиты U_сз

,

где К_отс – коэффициент отстройки, К_отс = 1,1; К_в – коэффициент возврата реле напряжения, К_в=1,1.

.

Коэффициент чувствительности реле по напряжению К_ч:

,

где U_min.ост – минимальное остаточное напряжение, кВ. Оно определяется по формуле

Напряжение срабатывания реле U_СР

.

Выбирается реле РСН и напряжение уставки

.

4.2.3. Защита от однофазных замыканий на землю

Определяется тип трансформатора тока нулевой последовательности. Схема включения трансформатора тока – полная звезда, следовательно, К_СХ =1.

Для кабеля заданной марки ток нулевой последовательности равен

I_0Л = I_C0∙ L₅ ∙ n_{Л5 ,}

где I_СО – удельный емкостный ток однофазного замыкания на землю, А/км. [4].

Ток срабатывания защиты:

I_СЗ = К_отс ∙ 3 ∙ I_0Л

Ток срабатывания реле не определяется, т.к. коэффициент трансформации трансформатора тока нулевой последовательности можно сделать любым.

Если неизвестен ток утечки для всей сети предприятия, определяемый экспериментально, то проверку чувствительности произвести невозможно.

5 Расчет защиты трансформатора Т1, Т2

Согласно ПУЭ для трансформаторов общего назначения должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

- многофазных замыканий в обмотках и на выводах,

- межвитковых замыканий на землю,

- токов в обмотках, обусловленных перегрузкой,

- понижения уровня масла.

Соответственно устанавливаем следующие виды защит:

- продольная дифференциальная защита от различных видов короткого замыкания,

- МТЗ без выдержки времени как резервная от внешних многофазных коротких замыканий,

- защита от перегруза,

- газовая защита.

5.1 Продольная дифференциальная защита

Согласно ПУЭ на двухтрансформаторных подстанциях при мощности трансформатора 4 МВА и более устанавливается дифференциальная защита без выдержки времени.

Защита выполняется с помощью дифференциального реле.

1. Определяются первичные номинальные токи силового трансформатора, максимальные рабочие токи, выбираются трансформаторы тока и находятся соответствующие вторичные токи в плечах защиты. Трансформаторы тока, соединенные в треугольник (ВН) выбираются по первичному току для того, чтобы вторичные токи не превышали величину 5 А. Расчетные значения сводятся в таблицу 5.

Таблица 5 – Расчет токов для выбора ТТ

Наименование величины	Обозначение и метод определения	Числовые значения для сторон
ВН	НН
Первичные номинальные токи трансформатора, А   Максимальный рабочий ток, А   Схема соединения трансформаторов тока   Условие выбора ТТ для высокой стороны   Тип трансформатора тока   Коэффициенты трансформации трансформаторов тока   Вторичные токи в плечах защиты	nT	Треугольник	Звезда

За основную принимается сторона, у которой по расчетам наибольшее значение вторичного тока.

2. Определяется ток срабатывания защиты

Ток срабатывания защиты предварительно определяется:

- по условию отстройки от тока небаланса, вызванного погрешностями трансформаторов тока и регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) . При этом все токи приводятся к ступени напряжения основной стороны;

,

где - коэффициент однотипности трансформаторов тока;

- коэффициент апериодической составляющей для дифференциального реле;

допустимая погрешность трансформаторов тока.

,

где - пределы регулирования напряжения ступени стороны ВН.

Предварительное значение тока срабатывания по условию отстройки от токов небаланса

,

где - коэффициент отстройки.

- по условию отстройки от броска тока намагничивания

,

- коэффициент отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора.

При использовании реле РНТ 565 К_отс = 1,3.

Из двух токов срабатывания выбирается наибольший.

Производится предварительная проверка чувствительности защиты с целью выяснения в первом приближении возможности использования реле РНТ-565.

Для двухобмоточных трансформаторов и для ориентировочных расчетов защиты трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов коэффициент чувствительности может быть определен по выражению

,

где – минимальное значение тока короткого замыкания вида m (m = 3 – трехфазное КЗ; m = 2 – двухфазное КЗ; m = 1 – однофазное замыкание) в защищаемой зоне;

- коэффициент схемы, определяемый видом повреждения m, схемой соединения трансформаторов тока защиты на рассматриваемой стороне N и схемой соединения обмоток защищаемого трансформатора.

Таблица 6 – Значения коэффициента схемы

N пп	Вид короткого замыкания	Место короткого замыкания
	Трехфазное	На стороне треугольника или звезды
	Двухфазное	На стороне звезды   На стороне треугольника
	Однофазное	На стороне звезды

Таблица составлена исходя из следующего:

- на стороне звезды силового трансформатора трансформаторы тока соединены в треугольник, а на стороне треугольника – в звезду;

- значения даны для трехлинейной схемы защиты, для двухрелейной схемы значения приведены в скобках.

Предварительное значение коэффициента чувствительности защиты определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции Г1, приведенному к высшему напряжению.

.

Определяется число витков насыщающегося трансформатора реле для основной стороны

,

где F_ср = 100 Авитков – магнитодвижущая сила срабатывания реле типа РНТ-565.

Полученное число витков насыщающегося трансформатора уточняется с учетом составляющей . Расчеты сводятся в таблицу.

Таблица 7 – Расчет числа витков реле РНТ-565

№ пп	Наименование величины	Обозначение и метод определения	Числовые значения
	Расчетный ток срабатывания на основной стороне, А   Расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле для основной стороны, витки     Принятое число витков обмотки НТТ реле для основной стороны, витки     Ток срабатывания реле на основной стороне, А     Расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле для неосновной стороны, витки     Принятое число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны, витки   Составляющая тока небаланса , А     Уточненное значение тока срабатывания защиты Icз, А   Уточненный ток срабатывания реле на основной стороне, А   Окончательно принятое число витков НТТ реле для установки на основной стороне (110 кВ) и неосновной стороне (10 кВ), витки

Оценивается чувствительность защиты при двухфазном КЗ на шинах В в минимальном режиме работы системы