Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения

Условия выбора:

                                                 (3.1)

                                                                     (3.2)

где - номинальный ток уставки теплового расцепителя автомата, А;

 - номинальный ток уставки электромагнитного расцепителя автомата, А;

Автомат для двигателя М1:

 А

 А

Выбираем автомат типа АЕ 2023М, =12,5 А, = 87,5 А, без выдержки времени (t = 0 с.).

Для остальных двигателей выбор производится аналогично. Результаты приведены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Результаты выбора автоматического выключателей

Выбор автомата QF3.

Автомат, от которого запитана группа двигателей выбирается по следующим условиям:

                                                                                (3.3)

                                                                          (3.4)

где  - возможный кратковременный ток через автомат, А.

                                                      (3.5)

 А

 А

 А

Принимаем автомат типа АВМ-4Н, = 200 А,  = 1000 А [2 стр.371].

Принимаем такой же автомат и для QF2. Автоматы типа АВМ – 4Н имеют регулируемую (0-10 с ) выдержку времени, что позволяет получить требуемую ступень селективности.

Выбор автомата QF1.

Ток уставки автомата определяем из условия:

                                                                (3.6)

где  - номинальный ток трансформатора Т9.

 А

 А

Принимаем автомат серии Э «Электрон» типа ЭО40С, = 6300 А [2 стр.379].

4. Проверка чувствительности предохранителя

Чувствительность предохранителя обеспечивается, если выполняется условие:

                                                                             (4.1)

где = 44680 А – ток однофазного замыкания на землю (табл. 1.1).

Для двигателя М1:  А;

Для двигателя М2:  А;

Для двигателя М3:  А;

Для двигателя М4:  А;

Для двигателя М5:  А;

Для двигателя М6:  А;

Предохранитель FU3:  А;

Предохранитель FU2:  А.

Рассчитанная величина тока КЗ значительно превышает полученные величины, следовательно предохранители обладают достаточной чувствительностью.

5. Проверка чувствительности автоматов

Чувствительность автоматов обеспечивается, если выполняется условие:

                                                                          (5.1)

где = 44680 А – ток однофазного замыкания на землю (табл. 1.1).

Для двигателя М1:  А;

Для двигателя М2:  А;

Для двигателя М3:  А;

Для двигателя М4:  А;

Для двигателя М5:  А;

Для двигателя М6:  А;

Автомат QF3 (QF2):  А.

Автоматы обладают достаточной чувствительностью.

Чувствительность вводного автомата проверяем по условию:

                                                                             (5.2)

где =35420 А – ток  фазного КЗ на стороне НН трансформатора (табл. 1.1);

Вводной автомат обладает достаточной чувствительностью.

6. Время срабатывания предохранителя и автомата

Время срабатывания плавкой вставки предохранителя определяем по типовым характеристикам зависимости времени сгорания плавкой вставки предохранителя от величины тока, протекающего по предохранителю [8, стр.384].

При токе КЗ =40900 А время сгорания плавкой вставки предохранителя составит:

Для двигателя М1: с;

Для двигателя М2: с;

Для двигателя М3:  с;

Для двигателя М4:  с;

Для двигателя М5:  с;

Для двигателя М6: с;

Предохранитель FU3:  с;

Предохранитель FU2:  с.

Время срабатывания автомата с мгновенным расцепителем равно нулю, т.е. автоматы, защищающие двигатели, срабатывают мгновенно.

Время срабатывания автомата QF3, защищающего группу двигателей, принимаем на ступень селективности больше, чем у автоматов двигателей.

    (6.1)

 - ступень селективности, принимаем равной 0,2 с.

 с

 с

 с

7. Проверка селективности между элементами релейной защиты

Селективность между последовательно установленными предохранителями соблюдается, если выполняется условие [8,стр.384]:

                                                                  (7.1)

где  - время сгорания плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к источнику питания; - время сгорания плавкой вставки предохранителя, расположенного ближе к нагрузке; коэффициент 1,7-3 учитывает конструктивные особенности плавких вставок.

Наибольшее время сгорания имеет предохранитель, защищающий двигатель М2

 с.

 с,

чем меньше времени, определенного для FU3 по типовым характеристикам:  с.

 с,

чем меньше времени, определенного для предохранителя FU2 по типовым характеристикам:  с.

Селективность действия автоматических выключателей обусловлена выдержками времени рассчитанными в Пункте 6.

8. Расчет защиты двигателей напряжением 6 кВ

Синхронные электродвигатели защищают от следующих повреждений и ненормальных режимов работы:

- от междуфазных КЗ обмотки статора;

- от замыканий на землю обмотки статора;

- от перегрузки;

- от понижения напряжения.

Защита от междуфазных КЗ в обмотке статора

Для защиты двигателя от междуфазных КЗ в обмотке статора применяем токовую отсечку с использованием токовых реле типа РТ-40. Схема соединения трансформаторов тока неполная звезда. Ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока двигателя, согласно [6,стр.379]:

                                                      (8.1)

где  - коэффициент надежности, =1,4 для реле серии РТ-40.

Номинальный ток двигателя:

                                                         (8.2)

где  - параметры синхронного двигателя (табл. 1)

 А

Пусковой ток двигателя:

 А

 А

Ток срабатывания реле согласно [6,стр.379]:

                                                                (8.3)

где - коэффициент схемы,  = 1 для схемы соединения трансформаторов тока неполная звезда;  - коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Принимаем трансформатор тока типа ТВЛМ6-УЗ; =150 А, = 5 А [2,стр.294].

 А

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/50 с током срабатывания =32 А, соединение катушек параллельное, указательное реле РУ-21/0,05 и промежуточное реле РП-23, =220 В.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.379]:

                                                       (8.4)

где =2250 А – ток двухфазного КЗ в сети 6 кВ (табл. 1.1).

что удовлетворяет условию проверки.

Защита от замыканий на землю обмотки статора

Защита от замыканий на землю выполняется на токовом реле, подключаемом к трансформатору тока нулевой последовательности с подмагничиванием. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.401]:

                                                                      (8.5)

где  = 1,25 – коэффициент надежности;  - коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока двигателя при внешних перемежающихся замыканиях на землю (для защиты без выдержки времени принимают =3,5 );

 - собственный ток замыкания на землю.

                                                      (8.6)

где  =314  - угловая частота;  - номинальное напряжение двигателя, кВ;

- емкость двигателя, мкФ/фазу:

                                       (8.7)

где k – коэффициент, учитывающий класс изоляции (k=40 для класса изоляции В);

S – номинальная мощность двигателя, кВА; - скорость вращения ротора двигателя (данные на двигатель в табл. 1).

Номинальная мощность двигателя:

 кВА;

 мкФ/фазу

 А

 А

Так как ток срабатывания защиты не превышает 10 А (для двигателей до 2000 кВт), защиту от замыканий на землю не устанавливаем.

Защита от перегрузок

Для защиты двигателей от перегрузки используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.379]:

                                                                            (8.8)

где =1,2;  - коэффициент возврата (для реле РТ-40: =0,8);

 А

Ток срабатывания реле:

 А

Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания  = 5,75 А. Соединение катушек параллельное. Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-143 с временем срабатывания 15 с.

Защита от понижения напряжения

Напряжение срабатывания защиты согласно [7,стр.394]:

                                                                        (8.9)

 кВ

Напряжение срабатывания реле:

                                                                     (8.10)

где =1,25; =1,2 для реле минимального напряжения РН-54;

 - коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Принимаем трансформатор напряжения НТМИ-6-66: =6 кВ, =100 В, [1,стр.634].

 В

Для выполнения защиты применяем реле напряжения РН-54/160 с =47 В (первый диапазон). Для создания требуемой выдержки времени применяем реле времени ЭВ-123. Время срабатывания защиты принимаем 1 с, считая защищаемый двигатель неответственным.

Проверка трансформаторов тока на 10% погрешность

При проверке руководствуемся рекомендациями, изложенными [8,стр.330].

Определим сопротивление нагрузки на трансформатора тока.

                                                (8.11)

где - сопротивление соединительных проводов, Ом; - сопротивление обмоток реле, включенных в фазный провод, Ом; - сопротивление обмоток реле, включенных в нулевой провод, Ом; =0,1 Ом – переходное сопротивление контактов.

Сопротивление проводов:

                                                                        (8.12)

где  - удельное сопротивление материала провода (=0,0283 , для алюминия);  - расчетная длина соединительных проводов от трансформатора тока до реле (=5 м);  - сечение провода ( =4 мм).Сопротивление реле:

                                                                             (8.13)

где  - потребляемая мощность реле,  ( для РТ-40/50: =0,8 ВА; для РТ-40/10: =0,5 ВА); - ток срабатывания реле, А.

 Ом

 Ом

 Ом

 Ом

Кратность расчетного тока срабатывания к номинальному току трансформатора тока составит:

                                                                        (8.14)

где =1,2 – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей тока КЗ; =0,8 – коэффициент. учитывающий возможное ухудшение характеристик намагничивания трансформаторов тока.

По кривой 10% погрешности трансформатора тока, с учетом кратности первичного тока срабатывания, определяем  Ом, что больше расчетного 0,1764 Ом [6,стр.340].

Трансформаторы тока будут работать в заданном классе точности.

Схема защиты приведена в приложении.

9. Расчет защиты цехового трансформатора

Защита предусматривается от следующих повреждений и ненормальных режимов:

- от междуфазных КЗ в обмотках трансформатора и на их выводах;

- от витковых замыканий;

- защита от внешних КЗ;

- перегрузки;

- снижение уровня масла в баке трансформатора.

Защита трансформатора от междуфазных КЗ

Для защиты трансформатора от междуфазных КЗ применяем токовую отсечку без выдержки времени. Схема соединений трансформатора тока и обмоток реле неполная звезда.

Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного КЗ за трансформатором, согласно [7,стр.297]:

 (9.1)

=1,4 – коэффициент надежности; =40900 А – ток трехфазного КЗ за трансформатором (табл. 1.1).

 А

Ток срабатывания защиты, приведенный к стороне ВН:

 А,

где  - коэффициент трансформации трансформатора Т9 (Т10).

Номинальный ток трансформатора:

 А

Принимаем трансформатор тока типа ТФЗМ35А-У3; =50 А, =5 А [2,стр.302]. Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-4040/100 с током срабатывания =65,4 А, соединение катушек параллельное, указательное реле РУ-21/0,5 и промежуточное реле РП-23, =220 В.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:

                                                                         (9.2)

где =1520 А – ток двухфазного КЗ на стороне ВН трансформатора (табл. 1.1).

;

что удовлетворяет условию проверки.

Защита от внешних КЗ

Для защиты от внешних КЗ и резервирования действия основных защит (токовой отсечки и газовой защиты) устанавливается МТЗ с выдержкой времени.

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока трансформатора с учетом самозапуска двигателей, согласно [6,стр.296]:

                                                                    (9.3)

где =1,2 и =0,8 – коэффициенты надежности и возврата реле РТ-40;

 - коэффициент, учитывающий самозапуск заторможенных электродвигателей

=(3-3,5).

 А.

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания = 18,55 А, соединение катушек параллельное.

Выдержка времени МТЗ выбирается с учетом селективности:

                                                                          (9.4)

где =0,6 с –выдержка времени автомата QF1 на стороне НН трансформатора =0,5 с – ступень селективности для МТЗ.

 с

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-114.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.297]:

                                                                 (9.5)

где  = 35420 А – ток двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора (табл. 1.1).

Приводим величину тока двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора к стороне ВН, и вычисляем коэффициент чувствительности:

;

что удовлетворяет условию проверки.

Защита трансформатора от перегрузки.

Для защиты от перегрузки используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.332]:

                                                                              (9.6)

где =1,05; - коэффициент возврата (для реле РТ-40: =0,8);

 А

Ток срабатывания реле:

 А

Для выполнения защиты выбираем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания =54,1 А. Соединение катушек параллельное.

Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ:

                                                                              (9.7)

 с

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.

Защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла в баке

Любые ( даже незначительные ) повреждения, а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора вызывают расположение масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа. Интенсивность газообразования и химической состав газа зависят от характера и размеров повреждения. Защита выполняется так, чтобы при медленном газообразовании подавался сигнал, а при бурном газообразовании, что присутствует при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора. Кроме того, защита реагирует на опасные понижения уровня масла в баке трансформатора.

Газовая защита является универсальной и наиболее чувствительной защитой трансформаторов от внутренних повреждений ( реагирует на все виды повреждений, включая витковые замыкания).

Газовая защита выполняется с использованием реле типа РЗТ-80.

10. Расчёт защиты линии 35 кВ

Защита предусматривается от следующих повреждений и ненормальных режимов:

- от междуфазных КЗ;

- от перегрузки;

- от замыкания на землю;

Для защиты 35 кВ устанавливаем токовую отсечку, максимальную токовую защиту (МТЗ) с выдержкой времени и защиту от замыкания на землю.

Расчет токовой отсечки

Схема соединений трансформатора тока и обмоток реле звезда. Схему защиты выполняем на переменном оперативном токе.

Ток срабатывания защиты отстраивается от тока трехфазного КЗ за трансформатором, согласно [7,стр.297]:

                                                                           (10.1)

где =1,2 – коэффициент отстройки; =40900 А – ток трехфазного КЗ за трансформатором ( табл. 1.1.).

Ток трехфазного КЗ, приведенный к стороне ВН трансформатора:

 А,

где  - коэффициент трансформации трансформатора Т9 (Т10).

 А

Ток в линии:

=115,5 А (Пункт 1).

Принимаем трансформатор тока типа ТЛК35-У3; =200 А, =5 А [2,стр.302]. Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания =14 А, соединение катушек параллельное.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:

                                                                           (10.2)

где =1520 А – ток двухфазного КЗ на стороне ВН трансформатора (таб. 1.1).

что удовлетворяет условию проверки.

Расчёт МТЗ линии 35 кВ

Ток срабатывания МТЗ отстраивается от номинального тока линии с учетом самозапуска двигателей, согласно [6,стр.296]:

                                                                           (10.3)

где =1,2 – коэффициент отстройки, =0,8 – коэффициент возврата для реле РТ-40;  - коэффициент, учитывающий самозапуск заторможенных электродвигателей ( = 2,5 ); =115,5 А.

 А

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания =10,8 А, соединение катушек параллельное.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:

                                                                  (10.4)

где =1520 А – ток двухфазного КЗ в конце, защищаемой линии (табл. 1.1).

что удовлетворяет условию проверки.

Время срабатывания защиты отстраиванием от времени срабатывания МТЗ трансформатора Т9 (Т10):

                                                                       (10.5)

=0,5 с – ступень селективности для МТЗ.

 с

Защита от замыкания на землю линии 35 кВ

Для защиты от замыканий на землю линии 35 кВ, принимаем защиту нулевой последовательности, подключенную к фильтру токов нулевой последовательности.

Емкостной ток замыкания на землю кабельной сети согласно [6,стр.224]:

                                                                          (10.6)

где U =35 кВ – междуфазное напряжение сети; L = 3 км – длина линии.

 А

Ток срабатывания защиты определяется из условия обеспечения величины коэффициента чувствительности не менее двух:

                                                                                  (10.7)

 А

Принимаем ток срабатывания защиты, равный: =4,7 А

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/0,2 с током срабатывания =0,12 А, соединение катушек параллельное.

Схема защиты линии 35 кВ приведена в приложении.

11. Расчет защиты линии 110 кВ

Для защиты линии 110 кВ устанавливаем:

- токовую отсечку;

- максимальную токовую защиту, с выдержкой времени;

- защиту от замыкания на землю.

Расчет токовой отсечки

Ток срабатывания токовой отсечки отстраивается от тока КЗ, в конце защищаемого участка [7,стр.297]:

                                                                                (11.1)

где =1,2 коэффициент отстройки; =1840 А – ток трехфазного КЗ на трансформатором (табл. 1.1).

Ток трехфазного КЗ, приведенный к стороне ВН трансформатора:

 А,

где  - коэффициент трансформации трансформатора Т1 (Т2).

 А

Ток в линии:

=73,48 А (Пункт 1).

Принимаем трансформатор тока типа ТФЗМ110Б-1-У3; =100 А, =5 А [2,стр.304].

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/50 с током срабатывания =35,1 А, соединение катушек параллельное.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [7,стр.297]:

                                                                           (11.2)

где =2580 А- ток двухфазного КЗ на стороне ВН трансформатора (табл. 1.1).

что удовлетворяет условию проверки.

Расчет МТЗ линии 110 кВ

Ток срабатывания МТЗ согласно [6,стр.296]:

                                                                           (11.3)

где =1,2 – коэффициент отстройки,  = 0,8 – коэффициент возврата для реле РТ-40;  = 2,5 – коэффициент самозапуска; =73,48 А –расчетный ток в линии.

 А

Ток срабатывания реле:

 А,

Для выполнения защиты применяем токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания =13,75 А, соединение катушек параллельное.

Коэффициент чувствительности защиты согласно [6,стр.297]:

                                                                       (11.4)

где =2580 А – ток двухфазного КЗ в конце, защищаемой линии (табл. 1.1).

что удовлетворяет условию проверки.

Время срабатывания защиты отстраиванием от времени срабатывания МТЗ КЛ 35 кВ.

                                                                       (11.5)

=0,5 с – ступень селективности для МТЗ.

 с

Защита от замыкания на землю линии 110 кВ

При расчете руководствуемся рекомендациями, изложенными в [6,стр.208].

В качестве защиты от замыкания на землю линии 110 кВ принимаем токовую отсечку нулевой последовательности без выдержки времени.

Страницы: 1, 2, 3