РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра электроснабжения промышленных предприятий

 

 

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Методические указания к расчетно-графическим работам по
 для студентов специальности 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства

 

 

Алматы 2013

СОСТАВИТЕЛИ: М.А.Тергеусизова.  Методические указания к расчетно-графическим работам по  дисциплине «Релейная защита распределительных сетей»  для студентов специальности 5В081200 Энергообеспечение сельского хозяйства – Алматы: АУЭС, 2013. 36 – с.

В расчетно-графических  работах по  дисциплине «Релейная защита распределительных сетей»  рассмотрены вопросы выбора трансформаторов тока и их проверки по кривым 10% погрешности, расчеты резервных и основных защит трансформаторов, а так же расчет защит цехового трансформатора, высоковольтных  и низковольтных двигателей.

Ил.4  , табл. 12 , библиогр. 10 -  назв.

Рецензент: проф.Цыба Ю.А.

Печатается по плану издания НАО «Алматинского университета энергетики и связи» на 2013 год.

НАО «Алматинский университет энергетики и связи», 2013г.

Содержание

 

Введение

   4

1

РГР №1. Проверка трансформаторов тока на 10%-ную полную погрешность по    кривым предельных кратностей

   5

2

РГР №2. Расчет токов КЗ и дифференциальной защиты трансформатора

   12

3

РГР №3. Расчет защиты цехового трансформатора

   24

4

РГР №4. Расчет защиты высоковольтных двигателей  и выбор низковольтных автоматов и предохранителей для  защиты низковольтных двигателей

   26

Список литературы

   33

Введение

 

Согласно учебному плану, студенты, обучающиеся по специальности 5В081200 – Энергообеспечение сельского хозяйства, изучают курс «Релейная защита распределительных сетей», в котором предусмотрены 4 расчетно-графические работы, предполагающие закрепление студентами пройденных разделов дисциплины.

К сдаче экзаменов по курсу студенты допускаются после успешного выполнения и защиты расчетно-графических работ.

 

1 Расчетно-графическая работа №1. Проверка трансформаторов тока на 10%-ную полную погрешность по    кривым предельных кратностей

1.1 Задание

1.1.1 Выбрать номер варианта задания по первой букве фамилии, предпоследней и последней цифрам зачетной книжки в таблицах 1.3, 1.4.

1.1.2 Определить вторичную нагрузку трансформаторов тока в зависимости от схемы соединений трансформаторов тока и от вида КЗ.

1.1.3 Определить допустимое значение сопротивления вторичной нагрузки Zн.доп по кривым предельной кратности трансформаторов тока. Сравнить Zн.доп с фактическим расчетным значением сопротивления нагрузки трансформаторов тока Zн.расч. Сделать вывод о допустимости подключаемой нагрузки.

 

1.2 Методические указания

 

Трансформаторы тока, питающие релейную защиту должны, работать с определенной точностью в пределах значений токов КЗ, на которые должна реагировать релейная защита. Эти токи, как правило, превышают номинальные токи трансформаторов тока I1номТА и, следовательно, точная работа трансформаторов тока с погрешностью, не превосходящей определенного значения, должна обеспечиваться при первичных токах I1>I1ном. На основании опыта эксплуатации и теоретического анализа принято, что для определения правильной работы большинства устройств релейной защиты погрешность трансформаторов тока не должна превышать по току ΔI 10%, по углу - 7°. Эти требования обеспечиваются, если полная погрешность трансформаторов тока ε<10%, или иначе говоря, если ток намагничивания не превосходит 10% от тока I1, проходящего по трансформатору тока, т.е. Iном≤0,1∙I1.

Погрешность трансформатора тока зависит от кратности первичного тока К10 и нагрузки вторичной обмотки Zн. Для каждого типа трансформатора тока имеются значения К10 и Zн, при которых погрешность ε будет равна 10%. Кривые предельной кратности К10 заводами-изготовителями трансформаторов тока приводятся в заводской информации для всех трансформаторов [6].

1.3 Определение вторичной нагрузки трансформаторов тока

 

Фактическая расчетная вторичная нагрузка Zн расч трансформатора тока зависит от сопротивления реле и соединительных приборов, схемы соединения трансформаторов тока и от вида КЗ. Расчетные формулы для определения вторичной нагрузки (на фазу) трансформаторов тока для основных схем соединения приведены в таблице 1.2 [2].

Сопротивление вторичных цепей, состоящих из релейной аппаратуры и соединительных проводов, может быть либо измерено на переменном токе с помощью вольтметра и амперметра, либо определено с помощью следующих выражений:

а) сопротивление соединительных проводов:

                                              ,                                         (1.1)

 

 где l – длина провода (кабеля) от трансформатора тока до реле, м;

       S – сечение провода (жилы кабеля), мм2;

       g – удельная проводимость, м/Ом мм2, для меди равна 57, для алюминия - 34,5.

б) полное сопротивление реле определяется, как правило, по    потребляемой мощности S, которая указывается в каталогах и  справочниках:

                                           

                                                     ,                                         (1.2)

 

где S - потребляемая мощность, ВА;

I - ток, при котором задана потребляемая мощность, А.

 

1.4 Проверка на 10%-ную полную погрешность по кривым        предельной  кратности

 

Специальные кривые предельной кратности представляют собой зависимость допустимого по условию e=10% значения сопротивления нагрузки Zн на трансформатор тока от значения предельной кратности К10, вычисляемого по выражению:

                  

                                          К10=  ,                                                   (1.3)

 

где I1ном ТА - первичный номинальный ток трансформатора тока;

I1расч - первичный расчетный ток, при котором должна   обеспечиваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10%.

Значение I1расч выбирается различным для разных типов релейной защиты:

а) для токовых защит с независимой характеристикой выдержки времени и, в том числе, для токовых отсечек без выдержки времени:

                                         

                                            I1расч=1,1∙Iсз;                                            (1.4)

 

б) для продольных дифференциальных защит (трансформаторов, генераторов, шин, линий) Iрасч принимается равным наибольшему значению тока при внешнем (сквозном) КЗ;

 

1.5 Расчетная проверка трансформаторов тока

 

Расчетная проверка выполняется в следующем порядке:

а) определяется по выражению (1.3) значение предельной кратности К10;

б) подбирается кривая предельной кратности, соответствующая типу трансформатора тока, классу обмотки и коэффициенту трансформации, (см.рисунок 1.1, 1.2) [6].

Номинальный ток трансформатора тока  выбирается по шкале номинальных токов для ТТ (см.таблицу 1.1). Номинальный ток трансформатора тока должен быть равен или быть ближайшим большим номинального тока  фидера.

Кривые предельных кратностей трансформатора тока приведены на  рисунке 1.1, 1.2;

 

Таблица 1.1– Шкала трансформаторов тока

ТПЛ-10К

15

20

30

40

50

60

100

150

200

250

300

400

600

800

1000

1500

ТФ    НД-35М

20

30

40

50

60

100

150

200

250

300

400

600

800

1000

1500

2000

 

в) для значения К10 из п.1.4 по соответствующей кривой предельной кратности  рисунка 1.1, 1.2 определяется допустимое значение сопротивления вторичной  нагрузки Zндоп. При этом значение Zндоп – полная погрешность e=10%, а токовая f ТА – несколько меньше 10%;

г) Zндоп сравнивается с фактическим наибольшим расчетным значением сопротивления нагрузки трансформатора тока Zн.расч.                       Zн.расч рассчитывается по формулам, приведенным в таблице 1.2 в зависимости от варианта схемы и вида КЗ. Если   Zн расч£ Zн доп, то e<10%.

                  Таблица 1.2

№ пп

Схема соединения трансформаторов

тока и вторичной нагрузки

Вид к.з.

Вторичная расчетная нагрузка

трансформаторов тока (на фазу) zн.расч.

1

        

Трехфазное и двухфазное

 

 

 

Однофазное

 

 

 

 

 

Подпись: 82

 

         

Трехфазное

 

 

Двухфазное AB или BC

 

 

Двухфазное за трансформатором

Y / D - 11

 

 

3

       

       

Трехфазное

 

 

Двухфазное АС

 

 

Двухфазное АВ или ВС

 

 

 
4

       

Трехфазное и двухфазное:

двухфазное за трансформатором

Y / D - 11

 

    

Однофазное

 

 

  Таблица 1.3 – Исходные данные

Первая буква фамилии

А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, М, Н

Последняя цифра  зачетки

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

0

Схема соединения тр-ра тока

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

Длина соеди-нительного кабеля, м

 

50

 

60

 

70

 

75

 

80

 

85

 

90

 

100

 

110

 

115

Сечение

жилы кабеля,мм2

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

 

2,5

Сопротивле-ние переход-ных контакт.

 

0,05

 

0,05

 

0,06

 

0,56

 

0,06

 

0,05

 

0,05

 

0,04

 

0,05

 

0,06

Сопротивле-ние реле в фазе А и С          ZрА= ZрС

1,2

1

0,9

1,3

0,8

0,7

0,5

1,1

0,6

0,7

Сопротивле-ние реле в фазе В, ZрВ

0,8

0,7

0,5

0,7

0,6

-

-

-

-

-

Сопротивле-ние реле в обратном проводе

0,7

0,8

0,9

0,65

0,75

0,7

0,8

0,9

0,65

0,75

Предпослед-няя цифра зачетки

 

1

 

2

 

3

 

4

 

5

 

6

 

7

 

8

 

9

 

0

Материал кабеля

Cu

Cu

Cu

Al

Al

Al

Al

Cu

Cu

Cu

Номинальн. ток фидера

400

450

430

500

550

750

800

730

740

700

Iкз = I1расч

2400

2460

2500

3000

3200

4500

4600

4500

4650

4400

Тип трансформа-

торов тока

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ-10к

 

ТПЛ

-10к

      

 

Таблица 1.4 – Исходные данные

Первая буква фамилии

О, П, Р, С, Т,У, Ф, Х, Ц, Ч, Ш, Щ, Ю, Я

Последняя цифра зачетки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Схема соедине-ния трансфор-маторов тока

 

3

 

3

 

3

 

3

 

3

 

4

 

4

 

4

 

4

 

4

Длина соедини-телей контро-льного кабеля провода, м

35

40

45

50

75

80

85

90

100

110

Сечение жилы кабеля провода, мм2

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

Сопротивление переходных контактов

0,05

0,06

0,05

0,04

0,05

0,05

0,05

0,06

0,05

0,06

Сопротивление реле фазы        А и С ZрА= ZрС

1,3

1,4

1,2

1,1

1,0

0,9

0,7

0,6

0,8

0,9

Сопротивление реле фазы В Zрв

-

-

-

-

-

0,4

0,5

0,8

0,6

0,7

Предпоследняя цифра зачетки

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Материалы жилы кабеля или провода

Al

 

Al

 

Al

 

Al

 

Al

 

Cu

 

Cu

 

Cu

 

Cu

 

Cu

Номинальный ток фидера

100

150

120

300

165

130

120

110

95

150

Iкз= I1расч

800

1200

1000

1600

1200

1000

600

800

700

900

Тип трансформато-ров тока

ТФ

НД-35М

ТФ

НД-35М

ТФНД-35М

ТФНД-35М

ТФНД-35М

ТФ

НД-

35М

ТФНД-35М

ТФНД-35М

ТФ

НД-35М

ТФ

НД-35М

 

ТПЛ – 10К             

1 – КТном=5/5÷ 60/5;  2 – КТном=100/5÷ 400/5; 600/5;  3 – КТном=800/5;

4 – КТном=1000/5; 5 – КТном=1500/5

Рисунок 1.1

ТФНД – 35М

1 – КТном = 15/5÷ 600/5 класса Р1 ;  2 – КТном = 15/5÷ 600/5 класса 0,5;

3 – КТном = 800/5; 1000/5; 2000/5; класса Р1 ; 4 – КТном = 800/5; класса 0,5;

5 – КТном = 1000/5; 2000/5; класса 0,5 ; 6 – КТном = 1500/5  класса Р1 и З2 ;

7 – КТном = 1500/5  класса 0,5

Рисунок 1.2

2 Расчетно-графическая работа №2. Расчет токов КЗ и защит трансформатора

 

2.1 Задание

 

2.1.1 Выбрать номер варианта задания по двум признакам: последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки по таблицам 2.1, 2.2.

2.1.2 Для расчета токовых отсечек, дифференциальной защиты трансформатора ГПП, максимальной токовой защиты и проверки защит по чувствительности, произвести расчет токов короткого замыкания (трех и двухфазное КЗ) в точках К-2 – К-4. (Технические данные трансформатора в приложении А, таблица А-1).

2.1.3 Выбрать и начертить полные принципиальные схемы защит, произвести расчет уставок  токовых, дифференциальных реле, чувствительности защит, выдержки времени максимальных токовых защит (МТЗ). После завершения всех расчетов необходимо построить карту селективности токовых защит.

Основные параметры к заданиям приведены в таблицах 2.1, 2.2, (см.рисунки 2.1 и 2.2).

В РГР входит пояснительная записка со схемами защит.

Согласно ПУЭ на трансформаторах ГПП мощностью 6,3 МВА устанавливаются следующие виды защит и автоматики:

а) продольная дифференциальная защита;

б) газовая защита;

в) максимальная токовая защита на стороне высшего напряжения с двумя или одной выдержкой времени;

г) токовая защита от перегрузки с действием на сигнал;

д) автоматическое регулирование напряжения трансформаторов под нагрузкой.

На секционном выключателе сборных шин 6-10 кВ:

а) максимальная токовая защита без выдержки времени (токовая отсечка), вводимая только на период действия АВР;

б) АВР секционного выключателя 6-10 кВ.

Для расчета токовых защит ток нагрузки можно выбрать по номинальной мощности защищаемого элемента (трансформатора, двигателя), допустимому току кабельной линии, а максимальный ток с учетом эксплуатационных перегрузок  (или тока самозапуска)  увеличить в 2-3 раза. Трансформаторы тока можно выбрать в 1,5-2,0 раза больше номинального тока защищаемого  элемента (при Iн = 76 А, Кт = 100/5 - 150/5).

          Карта селективности строится для токовых защит (МТЗ и ТО), при этом производится графическое согласование время-токовых характеристик защит последовательных элементов системы электроснабжения напряжением 0,4(0,69)–6(10)–35(220) кВ.                  

Таблица 2.1 –  Параметры элементов системы электроснабжения

Последняя

Элементы               цифра системы                        шифра электроснабжения

А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, З, И, К, Л, Я, Ы

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

 

Схема электроснабжения завода,  рисунок 2.1-2.2

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

Мощность системы, МВА

600

700

800

900

¥

1000

¥

950

800

¥

Мощность КЗ, МВА

700

850

950

1000

1200

950

1200

1100

900

1500

Подпись: 13Напряжение системы, кВ

37

37

115

115

115

115

220

115

37

220

Мощность трансформаторов

ГПП*, МВА

6,3

10

16

10

16

25

40

40

25

63

Асинхронные, синхронные

двигатели (6)10 кВ, кВт

630

1000

800

1250

1600

2000

2500

2000

1600

2500

Предпоследняя цифра шифра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Кабельная линия ГПП-РРП1

ААБ 10(6) – (3х240), км

1,2

1,5

1,7

2,0

1,0

0,8

1,4

1,1

1,6

2,0

 

Расстояние от п/ст системы до ГПП завода, км

10

15

20

25

8

17

32

22

18

30

Напряжение на сборных шинах ГПП, кВ

10,5

10,5

10,5

10,5

10,5

10,5

10,5

10,5

10,5

10,5

Мощность цеховых

трансформаторов, кВА

630

1000

1600

2500

630

1000

1600

1000

1600

2500

Напряжение вторичное цеховых п/ст, кВ

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69

0,69

Асинхронные двигатели

0,4(0,69)кВ АД1/АД2, кВт

7,5

55

11

110

15

132

22

132

37

75

37

90

30

160

7,5

37

18,5

45

75

160

  Таблица  2.2 –  Параметры элементов системы электроснабжения

Последняя

Элементы               цифра системы                        шифра электроснабжения

М, О, Н, П, Р, Т, У, Ф, С, Ч, Х, Ц, Ш, Щ, Э, Ю

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

 

Схема электроснабжения завода,  рисунок 2.1-2.2

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

Мощность системы, МВА

600

700

800

900

¥

1000

¥

950

800

¥

Мощность КЗ, МВА

700

850

950

1000

1200

950

1200

1100

900

1500

Подпись: 14Напряжение системы, кВ

37

37

115

115

115

115

220

115

37

220

Мощность трансформаторов

ГПП*, МВА

6,3

10

16

10

16

25

40

40

25

63

Асинхронные, синхронные

двигатели (6)10 кВ, кВт

630

1000

800

1250

1600

2000

2500

2000

1600

2500

Предпоследняя цифра шифра

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

Кабельная линия ГПП-РРП1

ААБ 10(6) – (3х240), км

1,2

1,5

1,7

2,0

1,0

0,8

1,4

1,1

1,6

2,0

 

Расстояние от п/ст системы до ГПП завода, км

10

15

20

25

8

17

32

22

18

30

Напряжение на сборных шинах ГПП, кВ

6,3

6,3

6,3

6,3

6,3

6,3

6,3

6,3

6,3

6,3

Мощность цеховых

трансформаторов, кВА

630

1000

1600

2500

630

1000

1600

1000

1600

2500

Напряжение вторичное цеховых п/ст, кВ

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

Асинхронные двигатели

0,4(0,69)кВ АД1/АД2, кВт

7,5

55

11

110

15

132

22

132

37

75

37

90

30

160

7,5

37

18,5

45

75

160

 

Рисунок 2.1 – Схема электроснабжения промышленного предприятия

 

Рисунок 2.2  – Схема электроснабжения промышленного предприятия

 

 

2.2    Методические указания к расчету защит  трансформатора

 

2.2.1 Расчет токов короткого замыкания.

Для расчета дифференциальной защиты трансформатора ГПП, максимальной токовой защиты и проверки защит по чувствительности необходимо произвести расчет токов короткого замыкания (трех и двухфазное КЗ) в точках К-2 – К-4.

Для этого составляют схему замещения, учитывая, что секционные выключатели сборных шин ГПП и  РП в нормальном режиме питания выключены, и питающие линии и трансформаторы ГПП работают раздельно. Схема замещения представляет собой расчетную схему, в которой все электрические и магнитные (трансформаторные) связи представлены электрическими сопротивлениями. При расчетах токов трехфазных КЗ генерирующие источники (энергосистема, генераторы, электродвигатели) вводятся в схему замещения соответствующими ЭДС, а пассивные элементы, по которым проходит ток КЗ, индуктивными и, при необходимости, активными сопротивлениями.

Расчет можно провести в относительных или именованных единицах. Используем метод относительных единиц.

Принимается базисная мощность:

 

Sбаз=1000 МВА.

 

ЭДС энергосистемы:

 

Е=1 о.е.

 

Рассчитываются параметры схемы замещения энергосистемы:

1) Сопротивление системы

                                                 

                                                       ,                                      (2.1)

 

                                                  , при Sc=¥.                                (2.2)

 

2) Сопротивление ЛЭП, кабельных линий:

 

                                                    Х=ХудL,                                     (2.3)

где Худ=0,4 Ом/км для воздушных линий 6-220 кВ;

Худ= 0,08 Ом/км для трехжильных кабелей 6-10 кВ.

3) Сопротивление трансформаторов ГПП, ТП

 

                                     Х =.                                               (2.4)

 

Определяем результирующие сопротивления Хрез цепи КЗ, исходя из сопротивлений до точек КЗ К-1 – К-4.

Рассчитывается базисный ток:

 

                                            Iбаз=.                                                (2.5)

 

 Рассчитывается ток к.з. в относительных единицах:

 

                                                I=.                                                  (2.6)

Определяется трехфазный ток к.з. в именованных единицах:

 

                                              I= I Iбаз .                                             (2.7)

                                                                                         

               Двухфазный ток КЗ для проверки чувствительности токовых защит определяется из выражения:

                        

                                            I = 0,87×I.                                         (2.8)

 

2.2.2 Продольная дифференциальная защита для трансформаторов                  (S ном.тр. ³ 6,3 МВА ).

Для защиты от повреждений на выводах трансформаторов, а также от внутренних повреждений (КЗ между фазами, на землю и замыкания витков одной фазы) широко применяется дифференциальная защита [3].

Определяются:

а) номинальный первичный ток высокой стороны силового трансформатора:

 

                                             IВН.ном=;                                   (2.9)

 

 

б) номинальный первичный ток низкой стороны силового трансформатора:           

 

                                                IНН.ном=;                             (2.10)

 

в) коэффициенты трансформации трансформаторов тока:

 

                          ;        .                 (2.11)

 

Схема соединения обмоток трансформатора Т - Y/Δ. Для выравнивания вторичных токов по фазе принимаем схему соединения трансформаторов тока со стороны высокого напряжения – Δ, а со стороны низкого – Y. Коэффициенты схемы: КВН.СХ=, КНН.СХ.=1;

г) вторичные номинальные токи в плечах дифференциальной защиты:

 

          ;          ,    (2.12)

 

по большему значению (iВН.ном или iНН.ном)  принимается основная сторона дифференциальной защиты, и все расчеты приводятся к основной стороне;

д) предварительный расчет тока срабатывания защиты с дифференциальным реле РНТ-565:

1) Первым условием выбора тока срабатывания защиты Iсз является отстройка от броска намагничивания при включении ненагруженного трансформатора под напряжение:

 

                                             Iсзн×Iном.тр.ОСН.,                                (2.13)

 

где Кн=1,5 – коэффициент надежности;

Iном.тр.ОСН – номинальный ток силового трансформатора, приведенного к основной стороне.

2) Второе условие выбора тока срабатывания Iсз защиты является отстройка от тока небаланса Iнб.

 

                                             Iсзн×Iнб,.                                                 (2.14)

 

где  Кн =1,3 коэффициент надежности.

 

                                                  Iнб..= I + I +I.                        (2.15)

 

3) На первом этапе расчета уставки по формуле (2.14) дифференциальной защиты Iне учитывается, т.е.

 

                                                   Icз=Кн×( I+ I),                                (2.15)

 

где I– составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью (ток намагничивания) трансформаторов тока, питающих дифференциальную защиту                                  

                                     I/нб=Ка×Кодн×e×I,                                      (2.17)

 

где Ка=1 – коэффициент, учитывающий переходной режим (апериодическая составляющая);

Кодн=1 – коэффициент, учитывающий однотипность  трансформаторов тока;

e=0,1 – коэффициент, учитывающий 10%-ю погрешность трансформаторов тока;

I – максимальное значение тока КЗ за трансформатором, приведенное к основной стороне трансформатора;

I – составляющая тока небаланса, обусловленная  регулированием напряжения защищаемого трансформатора:

 

                   ,                              (2.18)                 

 

где ± DN – полный диапазон регулирования напряжения;

I – максимальное значение тока КЗ за трансформатором, приведенное к основной стороне трансформатора.

Их двух условий по формулам (2.13) и (2.14) выбираем наибольший ток.

4) Предварительная проверка чувствительности защиты при повреждениях в зоне ее действия:

                                                  

                                           Кч=,                                           (2.19)                                    

где   I кз.мин. – минимальный ток КЗ (обычно двухфазное в зоне       защиты) приведенный к основной стороне.                            

В соответствии с ПУЭ требуется обеспечить наименьший коэффициент чувствительности не менее 2. Допускается снижение требуемой чувствительности до 1,5, если это связано со значительным усложнением защиты и мощности трансформатора менее 80 МВА.

В данной расчетно-графической работе необходимо рассчитать защиту на реле РНТ-565 независимо от результатов расчетов коэффициента чувствительности, даже если коэффициент чувствительности получается менее требуемого значения, расчет продолжать далее;

е) Определение числа витков обмоток реле РНТ-565:

1) Определяется ток срабатывания реле, отнесенный к стороне с большим током в плече (основной стороне):

 

                                                                     (2.20)

 

2) Определяется расчетное число витков обмотки реле основной стороны:

 

                                                 ,                                   (2.21)

 

где    Fс.р.=100±5 Ампер×витков – намагничивающая сила срабатывания реле.

Полученное число витков округляется до ближайшего меньшего числа витков, которое можно установить на реле РНТ-565 (Wосн.).

3) Определяется расчетное количество витков обмотки, подключенной к неосновной стороне защиты:

 

                                ,                               (2.22)

 

где iном.осн – вторичный номинальный ток основной стороны;

iном.неосн. –  вторичный номинальный ток другого плеча защиты.

Округляем полученное число в большую сторону и получаем принятое количество витков обмотки, подключенной к неосновной стороне защиты (Wнеосн).

4) Уточняется ток небаланса.

Составляющая тока небаланса, вызванная разностью расчетных и принятых витков обмоток реле:

 

                              ,                     (2.23)

 

где Wнеос.расч, Wнеосн. – соответственно расчетное и установленное число  витков обмоток  реле РНТ для неосновной стороны.

I – максимальное значение тока КЗ за трансформатором, приведенное к основной стороне трансформатора.

Если получается отрицательное число, то берется модуль числа.

5) Определяем полный ток небаланса по формуле (2.15).

6) Уточняем ток срабатывания защиты по формуле (2.14).

Сравниваем уточненный ток срабатывания защиты с его предыдущим значением.

Если ток срабатывания увеличился после уточнения, необходимо пересчитать, начиная с формулы (2.20), с новым значением                                        Icз. Если ток срабатывания не увеличился, то переходим к окончательной проверке чувствительности по формуле (2.19).

7) Рассчитать количество витков дифференциальной и уравнительной обмоток реле РНТ-565.

Число витков дифференциальной обмотки:

 

                                           Wдиф=Wосн.                                            (2.24)

 

Число витков уравнительной обмотки:

 

                                        Wур=Wнеосн Wосн.                                    (2.25)

 

2.2.3  Ненормальные режимы и защита от них.

а) В качестве защиты от ненормальных режимов применяется максимальная токовая защита  (МТЗ).

МТЗ устанавливается с высшей стороны трансформатора, является резервной защитой и действует с выдержкой времени при КЗ.

Ток срабатывания МТЗ выбирается, исходя из условия отстройки (несрабатывания) от перегрузки.  Ток перегрузки обычно определяется из рассмотрения 2-х режимов:

1)    отключение параллельно работающего трансформатора

 

                                  Iнагр.макс.=2×Iном.тр.ВН.                                                             (2.26)

 

2) автоматическое подключение нагрузки при действии АВР

                     Iраб.макс=I1 + I2 »0,7×( Iном.тр.ВН1+Iном.трВН2),                (2.27)

где   I2 – установившейся ток подключившейся нагрузки.

Поэтому в первый момент ток за счет самозапуска будет большим.

Ток срабатывания защиты выбирается по формуле:

 

                                     ,                                   (2.28)

 

где    Кн=1,1¸1,2 для реле РТ-40;

Ксзп=2,5 – коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки;

Квоз= 0,85 – коэффициент возврата реле.

Коэффициент чувствительности при КЗ в конце второго участка  (К-2)

 

                                           .                                        (2.29)

 

Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени tП  защит присоединений, питающихся от трансформатора tТ=tП+Dt.

б) Защита от перегрузки, действующая на сигнал.

Ток срабатывания выбирается из условия возврата реле при номинальном токе трансформатора:

 

                                          ,                                  (2.30)

 

где Кн = 1,05; Кв = 0,8 ¸0,85.

Время действия защиты от перегрузки выбирается на ступень больше МТЗ: tпер= tмтз+Dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

          3 Расчетно-графическая работа №3. Расчет защиты цехового трансформатора

 

3.1 Задание

 

3.1.1 Выбрать номер варианта задания по двум признакам: последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки по таблицам 2.1, 2.2 из             РГР №2.

3.1.2 Произвести расчет токовой отсечки и МТЗ цехового трансформатора. (Технические данные трансформатора в приложении Б, таблица Б-1).

 

3.2 Токовая отсечка трансформатора

 

Рассчитать номинальный ток трансформатора:

 

                                          .                            (3.1)

 

Ток срабатывания защиты выбирается:

а) из условия отстройки от максимального тока КЗ за трансформатором в   т. К2:

                                                

                                                  Iсз=Кн×I(3)к.макс.,                                        (3.2)

 

где  Кн=1,1-1,3 - коэффициент отстройки;

б) из условия отстройки от броска тока намагничивания, возникающего при включении трансформатора под напряжение:

                                                 

                                                    Iсз=Кн×Iном.тр.ВН.,                                (3.3)

 

где  Кн=3-5, для реле РТ-40.

 

3.3  Ненормальные режимы и защита от них

 

а) Максимальная токовая защита  (МТЗ)

МТЗ устанавливается с высшей стороны трансформатора, является резервной защитой и действует с выдержкой времени при КЗ.

Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из условия отстройки (несрабатывания) от перегрузки.  Ток перегрузки обычно определяется из рассмотрения режима автоматического подключения нагрузки при действии АВР

                     Iраб.макс=I1 + I2»0,7×(Iном.тр.ВН1+Iном.трВН2),                      (3.4)

 

где   IВН2 – установившейся ток подключившейся нагрузки.

Поэтому в первый момент ток за счет самозапуска будет большим.

Ток срабатывания защиты выбирается по формуле:

 

                                        ,                              (3.5)

 

где    Кн=1,1¸1,2 для реле РТ-40;

Ксзп=2,5 – коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки;

Квоз= 0,85 – коэффициент возврата реле.

Коэффициент чувствительности при КЗ в конце второго участка  (К-2):

 

                                           .                                          (3.6)

 

Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени tП  защит присоединений, питающихся от трансформатора tТ=tП+Dt.

б) Защита от перегрузки, действующая на сигнал.

Ток срабатывания выбирается из условия возврата реле при номинальном токе трансформатора:

 

                                           ,                                   (3.7)

 

где Кн = 1,05; Кв = 0,8¸0,85.

Время действия защиты от перегрузки выбирается на ступень больше МТЗ: tпер= tмтз+Dt.

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчетно-графическая работа №4.  Расчет защиты высоковольтных двигателей и выбор низковольтных автоматов и предохранителей для  защиты низковольтных двигателей

         

4.1 Задание

 

4.1.1 Выбрать номер варианта задания по двум признакам: последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки по таблицам 2.1, 2.2. из РГР №2.

          4.1.2 Произвести расчет защиты высоковольтных двигателей.

4.1.3 Произвести выбор автоматов и предохранителей для защиты низковольтных двигателей.

 

4.2  Методические указания к расчету защит асинхронных и синхронных электродвигателей выше 1000 В

 

4.2.1 Токовая отсечка.

Для защиты электродвигателей мощностью до 5000 кВт от междуфазных КЗ применяется токовая отсечка (ТО). (Технические данные двигателей в приложении В, таблица В-1).

Первичный ток срабатывания защиты ТО выбирается из условия отстройки  от периодической составляющей пусковых токов.

 

                                                  Iсз = Кн×I пуск,                                         (4.1)

 

где Iпуск  берется по техническим данным  приложения В, таблица В.1;        

Кн=1,4-1,5 при выполнении ТО с реле РТ-40 для асинхронных двигателей;

Кн=1,6-1,8 для синхронных двигателей.

Ток срабатывания реле отсечки определяется по выражению                                           

                                       

                                            ,                                       (4.2)

 

где Ксх – коэффициент схемы;

nТА – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Проводится проверка коэффициента чувствительности при КЗ в конце второго участка (К2)

                                        Кч=≥2.                                           (4.3)

 

 

4.2.2   Защита от замыканий на землю в обмотке статора.

          Установка защиты электродвигателей от однофазных замыканий на землю считается обязательной при токе замыкания на землю 5А и более. Защита от замыканий на землю действует на отключение электродвигателя от сети, а у синхронных электродвигателей - на автоматическое гашение поля, если оно предусмотрено.

Типы защиты – токовая защита нулевой последовательности с реле типа РТЗ-51 или токовая направленная защита нулевой последовательности типа ЗЗП-1. Для защиты от двойных замыканий на землю – однорелейная, с реле типа РТ-40, токовая отсечка нулевой последовательности. Для подключения защиты типа ЗЗП-1, а также для защиты с реле типа РТЗ-51 при числе кабелей, соединяющих электродвигатель с распределительным устройством, не превышающим пяти, применяются трансформаторы тока нулевой последовательности (ТАN) типов ТЗ, ТЗЛ, ТЗЛМ.

Уставки срабатывания реле тока защит от замыканий на землю рассчитываются в первичных токах.

Ток срабатывания защиты с реле типа РТЗ-51 определяются из условия ее надежной отстройки от броска собственного ёмкостного тока, проходящего в месте установки защиты на внешнем перемещающемся замыкании на землю:

 

         Iс.з. ³ Iс.з.,расч.=Кн×Кб×Iс,                                  (4.4)

 

где Кн  –  коэффициент отстройки (Котс=1,2);

Кб =2,5 – коэффициент, учитывающий бросок собственного ёмкостного тока;

Ic – собственный ёмкостной ток присоединения самого электродвигателя Iсд и линии, соединяющей его с  распределительным устройством и входящей в зону действия защиты Iсд

                

                Ic=Iсд+Iсл.                                             (4.5)

 

При номинальной мощности электродвигателей, не превышающей      2,5–3 МВт, значением Iсд в (4.3) можно пренебречь. Собственный емкостный ток кабельной линии, входящей в зону защиты, определяется по формуле:

 

                                                     Iсл=Iсо×l×m,                                               (4.6)

 

где     Iсо – значение собственного ёмкостного тока 1км кабеля      (см.таблицу Д.1);

 

l – длина  линии, км;

m – число  кабелей в линии.

4.2.3  Максимальная токовая защита от перегрузок и асинхронного режима (для СД).

Ток срабатывания МТЗ от перегрузки устанавливается из условий отстройки от номинального тока электродвигателя:

 

                                          ,                                                  (4.7)

 

где Кн=1,05;

Квоз=0,85 для реле РТ-40, РТ-80.

Выдержка времени защиты должна быть больше времени пуска (самозапуска) электродвигателей.

Защита от асинхронного режима устанавливается на всех СД и совмещается с МТЗ от перегрузок.

          4.2.4  Защита от понижения напряжения.

Необходимо дать обоснование установке данной защиты, привести принципиальную схему.

Напряжение срабатывания защиты минимального напряжения из условия обеспечения самозапуска электродвигателей

                                         Ucз=(0,6 - 0,7)×Uном,                                            (4.8)

                                             t =  (1-2) c.

 

4.3 Методические указания к расчету защит низковольтных электродвигателей

 

Для защиты асинхронных двигателей напряжением 380 или 660В от междуфазных коротких замыканий применяются предохранители с плавкими вставками или автоматы с электромагнитными расцепителями. (Технические данные двигателей в приложении Г, таблица Г-1).

Выбор плавких вставок предохранителей и уставок автоматов производится в следующей последовательности:

а) номинальное напряжение предохранителей Uном.пр. и автоматов Uном.ав. должно быть не ниже напряжения сети  Uс:

                   Uном.пр ³ Uс.,                                                       (4.9)

        Uном.ав. ³ Uс.;                                                                       

б) отключающая способность предохранителей Iпр.откл. должна быть достаточно большой, чтобы отключать максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемой линии;

в) номинальный ток плавких вставок Iвс.ном и расцепителей автоматов Iр.ав..ном. должен быть равен или больше длительного режима максимального тока нагрузки двигателя.

                             

                                       Iвс.ном ³ Iном.дв.,                                                    (4.10)

                     

                                 Iр.ав..ном. ³ Iном.дв.,                                                   (4.11)

 

                                 ;                                                 (4.12)

 

г) ток плавкой вставки следует выбрать таким, чтобы при прохождении по ней пускового тока двигателя время ее перегорания было больше времени пуска и самозапуска двигателя. Это определяется следующим соотношением:

 

 ,                                               (4.13)

 

где a - коэффициент перегрузки;

a  = 2,5 при легких (tпуск=2-3 с) и     

a=1,6-2,0 при тяжелых, (tпуск»10 с) условиях пуска;

д) токовую отсечку выключателя отстраивают от пускового тока электродвигателя, который состоит из периодической составляющей, почти неизменной в течение всего времени пуска, и апериодической составляющей, затухающей в течение нескольких периодов. В каталогах приводится только значение периодической составляющей пускового тока Iпуск.дв. Несрабатывание отсечки при пуске электродвигателя обеспечивается выбором тока срабатывания по выражению:

                                          

                                                Ic.o³Кн×Iпуск.дв.,                                                (4.14)

 

где     Кн – коэффициент надежности отстройки отсечки от пускового  тока электродвигателя;

                                                      Iпуск.дв.= (6-7)×Iном.дв.                                     (4.15)

Для приближенных расчетов принимают значение пускового тока электродвигателя, равным каталожному, а коэффициентов – по таблице 4.1

 

Автоматический выключатель

Расцепитель

Кн

А3700; А3790

Полупроводниковый

 

1,5

ВА

«Электрон»

 

1,6

2,2

АВМ

 

Электромагнитный

1,8

А3110; АП-50;

А3700; ВА; АЕ20

 

2,1

А3120;А3130;А3140

1,9

Таблица 4.1

 

Приложение А

 

Таблица А.1 – Технические данные трехфазных масляных трансформаторов с регулировкой напряжения под нагрузкой

Тип

Мощ- 

ность,

 кВА

Номинальное напряжение обмоток трансформатора, кВ

Uк, %

Схема и группа соединения обмоток трансф-тора

ВН

НН

1

ТМН-6300/35

6300

35±9%

6,3

10,5

7,5

U/D-1

2

ТМН-6300/110

6300

115±16%

6,6

11,0

10,5

U-0/D-3

3

ТДН-10000/35

10000

35±12%

6,3

10,5

8,0

U/D-5

4

ТДН-10000/110

10000

115±16%

6,6

11,0

10,5

U-0/D-7

5

ТНД-16000/35

16000

35±12%

6,3

10,5

10,5

U/D-9

6

ТДН-16000/110

16000

115±16%

6,6

11,0

10,5

U-0/D-D-11

7

ТРДН-25000/35

25000

35±12%

6,3-6,3

10,5-10,5

10,5

U/D-D-9

8

ТРДН-25000/110

25000

115±16%

6,3-6,3

10,5-10,5

10,5

U-0/D-D-7

9

ТРДН-40000/230/110

40000

230

115±16%

6,3-6,3

10,5-10,5

10,5

U-0/D-D-5

10

ТРДН-63000/230/110

63000

230

115±16%

6,3-6,3

10,5-10,5

10,5

U-0/D-D-3

 

Примечание.

1) Трансформаторы мощностью 25 МВА и более (типа ТРДН) выполняются с расщепленными обмотками на стороне низшего напряжения (6,3/6,3 или 10,5кВ).

2)  Предел регулирования трансформаторов с РПН составляет:

а) при напряжении 35 кВ и Sн.тр£6,3 МВА±6х1,5%; Sн.тр=10-16 МВА±8х1,5%;

б) при напряжении 110 кВ±9х1,78%.

 

Приложение  Б

 

Таблица Б.1 – Технические данные цеховых трансформаторов                              6–10/0,66–0,4 кВ

Тип

Sн, КВа

Напряжение обмоток, кВ

Uкз, %

Схема и группа соединения обмоток тр-ра

ВН

НН

ТМ-630/10

630

6,0; 10,5

0,4-0,23

5,5

Y/Y-0-12

или

D/Y-0-11

ТМ-630/10

630

6; 10

0,69-0,4

5,5

ТМЗ-1000/10

1000

6; 10

0,4-0,23

5,5

ТМЗ-1000/10

1000

6; 10

0,69-0,4

5,5

ТМЗ-1600/10

1600

6; 10

0,4-0,23

5,5

ТМЗ-1600/10

1600

6; 10

0,69-0,4

5,5

ТМЗ-2500/10

2500

6; 10

0,4-0,23

5,5

ТМЗ-2500/10

2500

6; 10

0,69-0,4

5,5

 

Примечание.

1) Соединение обмоток цеховых трансформаторов выполняется    по схеме  Y/Y-0-12 или D/Y-0-11.

 2) До 1000В применяется четырехпроводная сеть с глухозаземленной нейтралью напряжением 380/200В и 660/380В.

 

Приложение  В

 

Таблица  В.1 – Технические данные асинхронных и синхронных двигателей напряжением 6 и 10 кВ

Тип двигателя

Рн,КВт

Uн, кВ

Iном, А

cos jн

hном

АТД-800-4

800

6,0/10

90/55

5,6

0,9

0,89

АТД-1000-6

1000

6,0/10

115/68

6,2

0,9

0,89

АТД-1250-2

1250

6,0/10

137/84

6,2

0,9

0,9

АКН-1600-4

1600

6,0/10

180/110

6,5

0,91

0,91

АКН-2000-6

2000

6,0/10

225/135

6,5

0,91

0,92

СТД-630-2

630

6,0/10

71/42

6,7

0,9

0,89

СТД-1000-2

1000

6,0/10

112/67

6,7

0,9

0,89

СТД-1250-4

1250

6,0/10

135/82

6,5

0,9

0,9

СТД-1600-2

1600

6,0/10

178/107

6,8

0,9

0,91

СТД-2000-2

2000

6,0/10

220/133

7,0

0,9

0,92

СТД-2500-2

2500

6,0/10

276/166

6,2

0,9

0,92

 

Примечание. У синхронных двигателей СТД cosj = 0,9 (опережающий).

 

Приложение Г

 

Таблица Г.1 – Технические данные асинхронных двигателей серии 4А с КЗ ротором напряжением 380/660В (по МЭК)

Тип

Рн,кВт

n0,об/мин

Uн

Iном, А

hн

cоs jн

4А132-4

7,5

1500

380/660

14/8

0,88

0,87

7

4А132М-2

11

3000

380/660

20/12

0,88

0,9

7

4А160М-6

15

1000

380/660

27/16

0,89

0,9

7

4А160М-4

18,5

1500

380/660

34/20

0,89

0,9

7

4А200М-6

22,0

1000

380/660

40/23

0,9

0,9

7

4А200-6

30,0

1000

380/660

55/32

0,91

0,91

7

4А200М-2

37,0

3000

380/660

67/39

0,915

0,91

7

4А250-6

45,0

1000

380/660

83/48

0,915

0,91

7

4А250М-6

55,0

1000

380/660

100/58

0,92

0,92

7

4А250-2

75,0

3000

380/660

135/78

0,9

0,92

7

4А250М-4

90,0

1500

380/660

165/96

0,915

0,92

7

4А280-4

110

1500

380/660

200/115

0,92

0,92

7

4А280М-2

132

3000

380/660

245/142

0,92

0,92

7

4А315-4

160

1500

380/660

290/170

0,92

0,92

7

 

Приложение Д                                   

Таблица Д.1 – Средние значения емкостного тока металлического однофазного замыкания на землю для кабельных линий при частоте 50 Гц

Сечение жилы кабеля, мм2

Ток, А/км, при номинальном напряжении сети, кВ

6

10

35

При номинальном напряжении кабеля, кВ

6

10

35

70

0,73

0,87

-

95

0,89

1,02

3,81

120

1

1,16

4,57

150

1,19

1,3

4,95

185

1,28

1,51

5,34

240

1,33

1,8

5,91

 

 

Список литературы

 

1.

Правила устройств электроустановок Республики Казахстан, 2008. – 418 с.

2.

Булычев А.В. Релейная защита электроэнергетических систем: учебное пособие/ А.В.Булычев, В.К.Ванин, А.А.Наволочный, М.Г.Попов. – СПб.: Изд-во Политех.ун-та, 2008. – 211 с.

3.

Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. 2006 год, издание четвертое, переработанное и дополненное.

4.

Басс Э.И., Дорогунцев В.Г. Релейная защита электроэнергетических систем./ Под ред. А.Ф. Дьякова.- М.: Изд. МЭИ, 2002.- 295 с.

5.

Шабад М.А. Расчеты РЗ и А распределительных сетей: Монография.      - СПб.: ПЭИПК, 2003.- 350с.

6.

Чернобровов Н.В., Семенов В.А. "Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов".- М.: Энергоатомиздат, 1998.

7.

Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчеты токовых нагрузок в цепях релейной защиты: - М.: Энергия, 1980. – 208 с.

8.

Сборник директивных материалов (Электротехническая часть).- М.: Минэнерго СССР, 1985.

9.

Авербух А.М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. - М.: Энергия, 1975. – 416 с.

10.

Беркович М.А., Семенов В.А. Основы техники и эксплуатации релейной защиты. - М.: Энергия, 1971.

  

Сводный план 2013г., поз.12