Релейная защита в системах электроснабжения 3 страница

Коэффициент чувствительности

.

Если рассчитанная защита имеет достаточную чувствительность, то она может быть рекомендована к установке.

Принимается к установке реле РСТ и находится ток уставки реле

5.2 Защита от внешних коротких замыканий

Для защиты от внешних коротких замыканий применяется МТЗ с независимой выдержкой времени. Она является резервной защитой от внешних коротких замыканий. Защита выполняется с помощью статического реле типа РСТ. Определяется максимальный рабочий ток в точке установки защиты равный 1,4 номинального тока трансформатора:

,

здесь U_1ном – первичное напряжение трансформатора Т1.

Выбирается трансформатор тока на стороне ВН

.

Схема включения трансформатора тока – треугольник, .

Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока в точке установки защиты:

,

здесь К_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки; Кв = 0,9 – коэффициент возврата

Определяется коэффициент чувствительности основной зоны и резервной зоны

;

.

5.3 Защита от перегруза

Для защиты от перегруза используется токовая защита в однофазном исполнении. Трансформаторы тока выбираются те же, что и выше.

.

Схема включения трансформаторов тока – треугольник,

Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока в точке установки защиты:

,

здесь К_ОТС = 1,0,5 – коэффициент отстройки;

К_В = 0,9 - коэффициент возврата;

Ток срабатывания реле:

.

5.4 Газовая защита

Газовая защита – это защита от внутренних повреждений трансформатора, сопровождающихся выделением газа, понижением уровня масла в газовом реле, или интенсивным движением потока масла из бака трансформатора в расширитель. Для правильной работы ГЗ корпус трансформатора устанавливается с наклоном 1,5-2% в сторону расширителя. Газовое реле устанавливается в рассечку трубопровода от корпуса трансформатора к расширителю. Газовая защита абсолютно селективна и не реагирует на повреждения.

На трансформаторе также необходимо установить реле РГЧЗ-66 для газовой защиты.

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.

6 Расчет защиты установленной на секционном выключателе

Согласно ПУЭ на секционном выключателе должна быть предусмотрена двухступенчатая токовая защита от многофазных КЗ. Первая ступень – токовая отсечка, вторая ступень – МТЗ с выдержкой времени. В схеме предусмотрены три секционных выключателя Q15, Q20, Q27. В зависимости от места установки выключателя определяется максимальный рабочий ток.

6.1 Токовая отсечка

Защита выполняется с помощью реле мгновенного действия, с коэффициентом возврата К_В = 0,9.

Для выбора трансформатора тока требуется определить максимальный рабочий ток

1. Для выключателя Q27

;

2. Для выключателя Q20

.

3. Для выключателя Q15

I_МАХРАБ = I³_МАХ на шине В1,2

Ток срабатывания защиты

,

здесь К_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

Ток срабатывания реле:

,

здесь К_I – коэффициент трансформации трансформатора тока, где первичный ток I_1ном выбирается по максимальному рабочему току.

Принимается к установке реле с током срабатывания.

6.2 МТЗ с выдержкой времени

МТЗ с выдержкой времени выполняется на реле РТВ:

Принимаем к установке трансформатор тока с коэффициентом трансформации

Схема включения трансформатора тока и реле – неполная звезда, коэффициент схемы К_СХ = 1

Ток срабатывания защиты

здесь К_ОТС = 1,2 – коэффициент отстройки;

К_В = 0,9 – коэффициент возврата;

К_З = 1,2.

Коэффициент чувствительности при I^Г_КЗMIN на выводах высокого напряжения:

Выдержка времени защиты принимается на ступень селективности больше максимальной выдержки времени защит отходящих присоединений, то есть выдержки времени МТЗ выключателя Q24.

.

где ∆t = 0,4 с – ступень селективности статического реле.

Для обеспечения рассчитанного времени срабатывания защиты выбираем реле времени РВ 01, пределы регулирования времени которого от 0,1 до 50 с.

7 Защита сборных шин

Наиболее эффективной для шин является дифференциальная защита, позволяющая отключить повреждение без замедления.

Защита должна реагировать:

- в сетях с глухозаземленной нейтралью на все виды междуфазных и однофазных замыканий;

- в сетях с изолированной или компенсированной нейтралью на короткие замыкания между фазами и двойные замыкания на землю.

В зону действия защиты шин обычно входят собственно шины, выключатели, шинные разъединители, трансформаторы напряжения, разрядники.

Расчет уставок дифференциальной токовой защиты.

Ток срабатывания выбирается из двух условий:

1. Защита не должна срабатывать от тока нагрузки наиболее загруженного присоединения в случае обрыва токовых цепей трансформаторов тока

где k_н = 1,1 – 1,2 – коэффициент надежности.

2. Защита должна быть отстроена от тока небаланса, протекающего через защиту в режиме внешнего КЗ

,

где k_Н = 1,5 – коэффициент надежности; k_А = 1 – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока короткого замыкания в трехфазном режиме; ε = 0,1 – допустимая погрешность трансформаторов тока; I_{К.вн.макс} – максимальное значение тока внешнего короткого замыкания.

Из двух значений I_СЗ выбирается большее.

Коэффициент чувствительности защиты

,

здесь I_Kmin – минимальное значение тока внутреннего короткого замыкания.

Расчетное число витков ω_расч реле типа РНТ-565 определяется

,

где F_ср = 100 Авитков – магнитодвижущая сила срабатывания реле; n_Т – коэффициент трансформации трансформатора тока.

Округление расчетного числа витков производится в ближайшую меньшую сторону.

8 Расчет защиты воздушных линий Л1, Л2 (Л3, Л4)

Согласно ПУЭ на параллельных воздушных линиях с двухсторонним питанием напряжения 110 кВ предусматриваются следующие защиты:

- основная защита от междуфазных КЗ – поперечная дифференциальная направленная защита;

- дополнительная к основной от междуфазных КЗ – токовая отсечка без выдержки времени, отдельная для каждой параллельной цепи;

- защита от однофазных замыканий на землю – трехступенчатая направленная токовая защита нулевой последовательности.

8.1 Расчет направленной поперечной дифференциальной защиты

Рисунок 2 - Поперечная дифференциальная направленная защита

Поперечная дифференциальная направленная защита выполнена на основе статического реле типа РСТ, включенного на разность токов параллельных цепей. Для определения поврежденной цепи последовательно с обмоткой токового реле включается обмотка тока реле направления мощности РМ11, а обмотка напряжения этого реле включается во вторичную обмотку трансформатора напряжения, установленного на секции В1с.

Для выбора трансформатора тока определяется максимальный рабочий ток линии при повреждении на другой линии.

,

где S_А-В – передаваемая мощность по линиям Л1, Л2;

U_Л – напряжение линий Л1, Л2.

Выбираем трансформатор тока с коэффициентом трансформации

Для каждой цепи линии предусматривается три трансформатора тока, включенные по схеме полной звезды, коэффициент схемы К_СХ = 1.

Выбирается трансформатор напряжения с коэффициентом трансформации

.

Ток срабатывания защиты определяется двумя условиями:

- отстройкой от тока небаланса

,

где К_ОТС=1,25 – коэффициент отстройки.

,

где К_А = 2 - коэффициент апериодической составляющей для токового реле;

К_ОДН = 0,5 – коэффициент однотипности для идентичных трансформаторов тока;

- класс точности трансформатора

Ток срабатывания защиты

;

- отстройкой от максимального рабочего тока при отключении одной из линий:

,

где К_В=0,9 – коэффициент возврата для реле РСТ.

Принимается к выполнению большее из двух значений.

Чувствительность защиты определяется по минимальному току двухфазного короткого замыкания в двух случаях:

1) при повреждении в середине одной из параллельных цепей (рис.3)

– ток при точке двухфазного КЗ на шинах В при питании от системы 1;

- ток при точке двухфазного КЗ на шинах А при питании от системы 2.

Ток в неповрежденной цепи находится как четверть разницы этих токов:

.

Токи в поврежденной цепи:

От шин В к точке КЗ - ;

От шин А к точки КЗ - .

Коэффициент чувствительности с обоих концов одинаковый:

.

2) при повреждении в конце одной из линий, когда она отключена с одной стороны каскадным действием защиты (рис. 4)

Рисунок 4 – К расчету чувствительности защиты

При этом питание от системы 1 не учитываем, тогда коэффициент чувствительности

.

Если в обоих случаях защита удовлетворяет требованиям чувствительности, то ее можно использовать в качестве МТЗ при отключении одной из параллельных линий.

Ток срабатывания реле:

Длина зоны каскадного действия (вблизи шин В) находится по выражению:

здесь L₁₂- длина линий Л1 и Л2 в км.

Длина зоны каскадного действия должна лежать в допустимых пределах.

Длина мертвой зоны по органу направления мощности РМ 11 (вблизи шин А) может быть найдена из упрощенного выражения (без учета активного сопротивления линии и без учета подпитки с противоположной стороны), исходя из минимального напряжения срабатывания реле РМ 11 U_СР.MIN=0,25 В.

здесь К_U- коэффициент трансформации трансформатора напряжения;

где Х_уд=0,4 Ом/км – удельное индуктивное сопротивление линии.

8.2 Токовая отсечка без выдержки времени

Ненаправленная токовая отсечка без выдержки времени предназначена для отключения трехфазных КЗ в пределах мертвой зоны дифференциальной защиты.

Защита выполняется на реле РСТ.

Реле включается во вторичные обмотки ранее выбранных трансформаторов тока.

Ток срабатывания защиты отстраивается от наибольшего тока трехфазного КЗ:

- на шинах А при питании от системы 2 - ;

- на шинах В при питании от системы 1 :

,

здесь К_ОТС = 1,15 – коэффициент отстройки.

Коэффициент чувствительности определим только при трехфазном КЗ, так как основное назначение защиты – резервировать отказ поперечной дифференциальной направленной защиты при трехфазных КЗ в мертвой зоне.

При КЗ на одной цепи А - В вблизи шин В расчетный ток находится как сумма токов, посылаемых системой 2 , и половины тока со стороны системы 1:

.

Коэффициент чувствительности

.

Если защита проходит по коэффициенту чувствительности, то она будет отключать повреждения лишь в небольшой зоне вблизи шин В.

8.3 Токовая защита нулевой последовательности

Используется токовую защиту нулевой последовательности. Защита выполняется трехступенчатой. Измерительными органами защиты являются реле тока, подключенные к фильтру тока нулевой последовательности.

Первая ступень защиты – токовая отсечка нулевой последовательности без выдержки времени. Ее ток срабатывания выбирается из условий отстройки от максимального значения периодической составляющей утроенного начального тока нулевой последовательности, проходящего в месте установки защиты при К⁽¹⁾и К⁽²⁾ .

Ток срабатывания защиты

,

где К_ОТС = 1,3;

I_{0КЗ.макс.внеш} – максимальное значение периодической составляющей начального тока нулевой последовательности при коротком замыкании в конце зоны.

,

где Х_1Σ, Х_2Σ, Х_0Σ – сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности соответственно; принимаем Х_Σ1= Х_2Σ; Х_0Σ =3 Х_1Σ.

Ток срабатывания реле:

.

Вторая ступень защиты отстраивается от тока срабатывания защиты первой ступени линии Л3, которая в данной работе не рассчитывается.

Третья ступень защиты - МТЗ нулевой последовательности. В нормальном режиме и при многофазных повреждениях в реле проходит ток небаланса, поэтому ток срабатывания защиты выбираем без учета рабочих токов по условию . Защита на всех ступенях выполняется направленной с реле РМ – 11. Данная защита не имеет мертвой зоны

Защиту выполняется на реле РСТ и реле направления мощности РМ.

Измерительными органами являются выбранные ранее трансформаторы тока, включенные по схеме полной звезды и трансформатор напряжения.

Ток срабатывания защиты

,

здесь К_ОТС=1,2 – коэффициент отстройки;

К_В= 0,9 – коэффициент возврата для реле РСТ

.

,

где К_ОДН =0,5 – коэффициент однотипности для идентичных трансформаторов тока;

ε = 0,1 – класс точности трансформаторов тока.

Коэффициент чувствительности в основной зоне определяется по току

.

Выдержка времени МТЗ определяется для всей сети А-В-Б путем разделения схемы на две части, в каждой из которых будет по одному источнику, и производится независимое определение времени срабатывания МТЗ (рис. 5)

Ступень селективности для статического реле принимается t = 0,4 с.

Для обеспечения выдержки времени выбирается реле времени РВ 01, пределы регулирования времени которого от 0,1 до 50 с.

Время срабатывания защит 16 и 18 отстраивается от времени срабатывания предыдущих защит. При этом минимальное время срабатывания защит присоединений (на шинах РП) берется 0,1 с.

Рисунок 5 – Выдержки времени максимальной токовой защиты сети А-Б-В

9 Расчет защиты конденсаторной установки

От повреждений и ненормальных режимов конденсаторных установок предусматривается защита, действующая при многофазных коротких замыканиях, перегрузках и повышения напряжения.

Номинальный ток конденсаторной установки:

.

В сетях выше 1000 В для защиты БСК от междуфазных коротких замыканий устанавливается максимальная токовая защита без выдержки времени.

Ток срабатывания защиты:

где К_Н = 2¸2,5;

Ток срабатывания реле:

,

где n_Т – коэффициент трансформации трансформатора тока, у которого первичный ток выбирается по номинальному току БСК.

Выбирается реле тока и уставка.

Коэффициент чувствительности:

Защита от перегрузок токами высших гармоник

Ток срабатывания защиты:

,

где К_отс = 1,3.

Ток срабатывания реле

.

Время срабатывания защиты: t_c.з=9,1 с.

Защита от повышения напряжения

Напряжение срабатывания защиты:

Напряжение срабатывания реле:

,

где n_Н =U_1ном/U_2ном – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Выбирается реле РН с уставкой срабатывания.

Выдержка времени защиты t_с.з =3 - 5 мин.

10 Расчет защиты трансформаторов электропечных установок

Для трансформаторов электропечных установок предусматривают следующие виды защит:

- токовую защиту без выдержки времени от многофазных коротких замыканий;

- токовую защиту от перегрузки;

- газовую защиту;

- защиту от однофазных коротких замыканий на землю.

МТЗ без выдержки времени в двухфазном, двух- или трехрелейном исполнении устанавливается со стороны питания с током срабатывания

,

где коэффициент отстройки К_ОТС = 2,0…3,0 для руднотермических печей и К_ОТС =3,0…4,5 для дуговых сталеплавильных печей.

.

Ток срабатывания реле

,

где n_Т = коэффициент трансформации трансформатора тока, значение I_1ном которого выбирается по номинальному току ДСП.

Чувствительность защиты проверяется по двухфазному короткому замыканию в конце сети питания печи

Токовая защита от перегрузки включается через трансформаторы тока, установленные на стороне низшего напряжения. Учитывая возможность несимметрии токов фаз, защиту от перегрузки выполняют трехфазной.

Ток срабатывания защиты отстраивается от наибольшего длительно допустимого тока ДСП

Выдержка времени защиты отстраивается от времени подъема электродов (для дуговых печей) и составляет t_З = 10 с.

Чувствительность защиты не проверяется.

Газовая защита устанавливается согласно общим положениям.

Защита от однофазных коротких замыканий на землю предусматривается, если это требуется по условиям работы сети с глухозаземленной нейтралью.

11 Расчет защиты полупроводниковых преобразовательных агрегатов

Основными защитами трансформатора преобразовательного агрегата являются: максимальная токовая защита без выдержки времени от многофазных КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, газовая защита и токовая защита от перегрузки, если нет защиты от перегрузки полупроводникового преобразователя.

Токовая защита без выдержки времени выполняется двухфазной трехлинейной с помощью реле РТ-40 или РСТ. При недостаточной чувствительности рекомендуется использовать реле РНТ-565.

,

где К_ОТС = 3,0…4,0 для реле РТ-40 и РСТ и 1,3 для реле РНТ-565 с учетом отстройки от бросков тока намагничивания при включении нагруженного трансформатора и от возможных толчков тока нагрузки.

,

Номинальная мощность трансформатора определяется по формуле

,

здесь U_d и I_d соответственно выпрямленные напряжение и ток ППА, η = 0,95 – коэффициент полезного действия питающего трансформатора.

Коэффициенты чувствительности определяются при двухфазном КЗ на выводах высокого и низкого напряжений

;

,

где n_Т – коэффициент трансформации питающего трансформатора.

МТЗ от перегрузки с выдержкой времени обычно выполняется на реле РТ-80. Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока преобразователя

,

здесь К_ОТС = 1,1; К_В = 0,8 – коэффициент возврата реле, К_П – кратность тока перегрузки по отношению к I_ном. При отсутствии данных о перегрузке кратность тока можно принять равным 2,5.

Газовая защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла устанавливается на трансформаторах мощностью более 1000 кВА, а для внутрицеховых преобразовательных подстанций и установок – на трансформаторах мощностью 400 кВА и более.

12 Защита электродвигателей напряжением до 1000 В

Для электродвигателей напряжением до 1000 В должна предусматриваться защита от многофазных КЗ в сетях с глухозаземленной нейтралью и от однофазных замыканий. В случаях, где возможна перегрузка механизма устанавливается защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения.

Защита от междуфазных КЗ возможна установкой плавких предохранителей или расцепителями автоматических выключателей. Вторая более предпочтительна. Расцепители позволяют выполнить все виды защиты – от коротких замыканий, перегрузки, снижения напряжения.