Релейная защита промышленного предприятия

Релейная защита промышленного предприятия

Задание на курсовую работу

Схема распределительной сети электрической энергии промышленного предприятия и виды его нагрузки представлена на рисунке 1.

Необходимо выбрать типы защит всех элементов приведенной схемы в соответствии с ПУЭ. Выбранные защиты в условном изображении нанести на схему. Произвести расчет величин токов короткого замыкания. Произвести расчет защит следующих объектов: силового трансформатора Т1 (выключатель Q16), воздушных линий Л1 и Л2 (выключатели Q1 и Q5), кабельной линии Л5 (выключатель Q21), сборных шин (секционный выключатель Q27), трансформатора Т5 (выключатель Q34), двигателя Д (выключатель Q29).

Также необходимо изобразить схему релейной защиты трансформатора Т1 и двигателя Д; выбрать тип трансформатора тока 29 и определить сечение провода в его вторичных цепях (медный кабель длиной 10 м).

Исходные данные приведены в таблицах 1– 6.

Таблица 1 – Система и сеть А-Б-В

Таблица 2 – Характеристики трансформаторов

Таблица 3 – Выдержки времени защит отходящих линий от шин подстанции Г, их параметры

Таблица 4 – Нагрузки на шинах РП1 и РП2

Таблица 5 – Электродвигатель с номинальным напряжением Uн = 380 В

Таблица 6 – Параметры преобразовательного агрегата

Защиты выполняются на постоянном оперативном токе.

Рисунок 1 – Схема распределительной сети

На рисунке обозначено:

ПГТВ – защита от перегруза токами высших гармоник; АР – защита от асинхронного режима;  – температурные указатели, указатели циркуляции масла и воды в системе охлаждения с действием на сигнал.

1 Расчет токов короткого замыкания

Величина токов короткого замыкания для ряда защит (дифференциальных, токовых отсечек и т.д.) влияет на значение тока срабатывания. Кроме того, они необходимы для вычисления коэффициентов чувствительности выбранных защит.

Значения токов короткого замыкания определяются в разных точках сети (А, Б, В, Г, Д, Е) в максимальном и минимальном режимах работы системы. Для максимального режима достаточно иметь токи трехфазного короткого замыкания, для минимального — токи двухфазного короткого замыкания.

Расчет проводим в относительных единицах. Базисная мощность  МВА. Принимаем среднее значение напряжения сети:  кВ и  кВ.

1.1 Расчет сопротивлений элементов схемы

Удельное реактивное сопротивление воздушных линий Л1, Л2, Л3 и Л4 принимаем средне-типовым  Ом/км, активным сопротивлением пренебрегаем.

Сопротивление воздушных линий Л1 и Л2 определим по формуле (1.1):

, (1.1)

здесь  – длина линии Л1, км.

.

Сопротивление воздушных линий Л3 и Л4 определим по формуле (1.2):

, (1.2)

здесь  – длина линии Л3, км.

.

Кабели марки А-185 и М-240 имеют следующие удельные параметры: удельное индуктивное сопротивление  Ом/км;  Ом/км, удельное активное сопротивление  Ом/км;  Ом/км.

Индуктивное сопротивление кабельной линии Л5:

, (1.3)

здесь  – длина линии Л5, км;

.

Активное сопротивление кабельной линии Л5:

, (1.4)

.

Индуктивное сопротивление кабельной линии Л6:

, (1.5)

здесь  – длина линии Л6, км;

.

Активное сопротивление кабельной линии Л6:

, (1.6)

.

Сопротивления трансформаторов Т1 и Т2:

, (1.7)

здесь  – номинальная мощность трансформатора Т1, ВА.

.

Сопротивление трансформатора Т3:

, (1.8)

здесь  – номинальная мощность трансформатора Т3, ВА.

.

1.2 Расчет величин токов КЗ

Расчёт токов короткого замыкания приведён в таблицах 7 – 9.

Таблица 7 – Максимальный режим, секционный выключатель Q15 включен, Q20 и Q27 отключены

Таблица 8 – Минимальный режим, секционные выключатели Q15, Q20 и Q27 отключены, линии Л2 и Л4 отключены

Таблица 9 – Минимальный режим, секционный выключатель Q15 включен, линия Л4 отключена

2 Расчёт защиты высоковольтного двигателя Д

Для защиты асинхронных электродвигателей напряжением выше 1000 В предусматриваются следующие защиты:

1) токовая отсечка;

2) защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ);

3) защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени;

4) защита минимального напряжения.

2.1 Токовая отсечка

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.

2) Для выбора трансформатора тока определим номинальный ток двигателя:

, (2.1)

где  – номинальная мощность двигателя, Вт (см. таблицу 4);

 – номинальное напряжение двигателя, В (см. таблицу 4);

 – номинальный коэффициент мощности двигателя.

 А.

К установке принимаем трансформатор тока ТЛК10-100-0,5/10Р:  А,  А. Коэффициент трансформации трансформатора тока:

.

Схема включения трансформаторов тока и реле — неполная звезда, коэффициент схемы .

3) Определим ток срабатывания защиты, который отстраивается от пускового тока двигателя:

, (2.2)

где  — коэффициент отстройки.

Найдем пусковой ток по следующему выражению:

, (2.3)

где  – коэффициент пуска двигателя.

 А.

Тогда по выражению (2.2) ток срабатывания защиты

 А.

4) Коэффициент чувствительности определяется при двухфазном коротком замыкании в минимальном режиме на шинах, к которым подключен двигатель:

. (2.4)

Так как коэффициент чувствительности превышает нормируемое значение, то защита удовлетворяет требованию чувствительности.

5) Ток срабатывания реле:

 А. (2.5)

Принимаем к установке реле РСТ 13-29, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.6)

Принимаем сумму уставок .

Найдем ток уставки реле:

 А.

2.2 Защита от однофазных замыканий на землю

Защита электродвигателей мощностью менее 2 МВт от однофазных замыканий на землю должна предусматриваться при токах замыкания на землю 5 А и более. Ток замыкания на землю складывается из емкостного тока двигателя и емкостного тока кабельной линии.

1) Найдем емкость фазы электродвигателя:

, (2.7)

здесь  – номинальная мощность двигателя, МВт;

– номинальное линейное напряжение, кВ.

 Ф.

Тогда емкостный ток двигателя:

, (2.8)

здесь  Гц – частота сети;

 – номинальное фазное напряжение двигателя, В.

 А.

2) Определим ёмкостный ток кабельной линии. Номинальный ток двигателя  А. Исходя из этого выбираем кабель марки М-25 с допустимым током 120 А. Длину кабельной линии примем  м.

Емкостный ток кабельной линии:

, (2.9)

где  А/км – удельный емкостный ток выбранного кабеля.

 А.

3) Суммарный ток замыкания на землю

 А < 5 А,

следовательно, защита от однофазных замыканий на землю не устанавливается.

2.3 Защита от перегруза — МТЗ с выдержкой времени

1) Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13 с коэффициентом возврата .

2) Перегруз является симметричным режимом, поэтому защита выполняется одним реле, включенным в одну из фаз. Используем те же трансформаторы тока, что и для токовой защиты (коэффициент трансформации , коэффициент схемы ).

3) Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от номинального тока двигателя:

, (2.10)

где  – коэффициент отстройки.

 А.

4) Коэффициент чувствительности не определяется.

5) Ток срабатывания реле:

 А. (2.11)

Принимаем к установке реле РСТ 13-19, у которого ток срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.12)

Принимаем уставку .

Найдем ток уставки реле:

 А.

6) Выдержка времени защиты отстраивается от времени пуска электродвигателя и равна  с. Используем реле времени РВ-01.

2.4 Защита минимального напряжения

Защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень отключает неответственную нагрузку.

1) Для выполнения защиты будем использовать реле типа РСН 16, которое имеет коэффициент возврата .

2) Выбираем трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10:  В,  В.

Коэффициент трансформации трансформатора напряжения:

.

3) Напряжение срабатывания первой ступени отстраивается от минимального рабочего напряжения, которое составляет 70 % от номинального: :

 В, (2.13)

здесь  – коэффициент отстройки.

4) Коэффициент чувствительности не рассчитывается, так как неизвестно минимальное остаточное напряжение на шинах при металлическом коротком замыкании в конце зоны защищаемого объекта.

5) Напряжение срабатывания реле первой ступени

 В.

Принимаем к установке реле РСН 16-28, у которого напряжение срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.14)

Принимаем уставку .

Найдем напряжение уставки реле I ступени:

 В.

6) Выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующей защиты от многофазных коротких замыканий. Примем  с. Реле времени РВ-01.

Вторая ступень защиты отключает сам двигатель.

1) Вторую ступень защиты также выполним на реле РСН 16, коэффициент возврата .

2) Реле включается во вторичные цепи того же трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.

3) Напряжение срабатывания второй ступени:

 В, (2.15)

здесь  – коэффициент отстройки.

4) Коэффициент чувствительности не определяем.

5) Напряжение срабатывания реле первой ступени

 В.

Принимаем к установке реле РСН 16-23, у которого напряжение срабатывания находится в пределах .

Определим сумму уставок:

. (2.16)

Принимаем уставку .

Найдем напряжение уставки реле I ступени:

 В.

6) Время срабатывания второй ступени защиты принимаем  с, так как по технологии недопустим самозапуск двигателя от напряжения . Используем реле времени РВ-01.

3 Расчет защиты трансформатора Т5

Полупроводниковый преобразователь подключается к питающей сети переменного тока через трансформатор Т5, образуя преобразовательный агрегат. Повреждения и ненормальные режимы возможны как в трансформаторе, так и в полупроводниковом преобразователе, поэтому необходима установка защит как со стороны питания, так и в цепи нагрузки преобразователя.

Основными защитами трансформатора преобразовательного агрегата являются:

1) МТЗ без выдержки времени от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора;

2) газовая защита от внутренних повреждений и понижения уровня масла;

3) токовая защита от перегруза.

Определим номинальную мощность трансформатора:

 кВА, (3.1)

где  – выпрямленное напряжение, В;

 – выпрямленный ток, А;

 – КПД питающего трансформатора.

Поскольку номинальная мощность трансформатора меньше 400 кВА, то газовая защита не устанавливается.

3.1 МТЗ без выдержки времени

1)                Защита выполняется с помощью токового реле РСТ 13.

2)                Максимальный рабочий ток трансформатора, равный номинальному току:

 А. (3.2)

Выбираем трансформатор тока ТПЛК-10-30-0,5/10Р:  А,  А. Коэффициент трансформации трансформатора тока: . Трансформаторы тока и реле включены по схеме неполной звезды с реле в нулевом проводе: .

3)                Ток срабатывания защиты отстраивается от максимального рабочего тока:

Страницы: 1, 2