Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения
КУРСОВАЯ
РАБОТА
По
дисциплине: «Релейная защита ЭЭС»
Содержание
Введение
Задание
.
Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения
.
Сопротивление кабельных линий КЛ L1 и L2
.
Расчёт токов короткого замыкания
.
Максимальная токовая защита трансформаторов. Т1;Т2
.
Дифференциальная защита трансформаторов Т1;Т2
.
Релейная защита кабельной линии L3;L4
.
Защита замыканий на землю
Список
литературы
Введение
Релейная защита осуществляет автоматическую
ликвидацию повреждений и ненормальных режимов в электрической части
энергосистем и является важной системой автоматики , обеспечивающей их надёжную
и устойчивую работу.
Расчёт релейной защиты заключается в выборе
рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле , так и комплексных
устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности,
чувствительности.
Устройства релейной защиты должны обеспечивать
минимально-возможное время отключения короткого замыкания в целях бесперебойной
работы неповреждённой части системы и ограничения степени повреждения элементов
схемы.
Цель курсового проектирования - научиться
производить расчёты устройств релейной защиты и автоматики, выбор уставок
защиты заданных присоединений: линий электропередач, двигателей понижающих
трансформаторов.
Задание
На курсовую работу: Релейная защита и автоматика
элементов систем электроснабжения.
Студент: Бельский М.Ю. группа ЭСЗС вариант №9
Исходные данные.
Данные по системе, линиям,
трансформаторам и двигателям.
Данные по потребителям 10 кВ Данные
по потребителям 0,4кВ
1. Расчет параметров схемы замещения
системы электроснабжения
Расчет ведем в именованных единицах,
точным методом
Расчет эквивалентных сопротивлений
Сопротивление системы:
- напряжение на шинах системык -
мощность короткого замыкания
.3 Сопротивление воздушной линии
электропередачи:
- удельное реактивное сопротивление
ВЛ- длина ВЛ
Определим максимально рабочий ток ВЛ
Где К = 0,7 - допустимый коэффициент
нагрузки силового трансформатора.
Данные элементам первичной схемы
Трансформатор
Т1-2 ТДН - 40 МВА 110/10,5 кВ Т3-4
ТДН - 10 кВА 10/0,4
к мин = 9,8 % Uк мин = 9,7 %к
ср = 10,5 % Uк мин = 10,5 %к макс = 11,71 % Uк макс = 11,6 %
∆Uрег = ±9х1,78 % ∆Uрег
= ±9х1,78 %
Двигатель
М1-2 СДН17-04-10УЗ М3-4 А102 - 2М
КПД = 96,6 % КПД = 94=5000 кВт
P = 200 кВт=5760 кВт U=380 В=10 кВ соsψ=0,91
ном = 110 кВ - среднее номинальное
напряжение
Определим экономическое сечение
провода В.Л.
где j = 1,6 А/мм2 - экономическая
плотность [2]
Согласно приложения П9 выбираем
ближайшее большее сечение S = 95 мм2, берем провод АС-70/11.доп. = 250 А >
Iфорс. = 64 А
Сопротивление трансформатора с РПН,
отнесенное к регулируемой стороне высокого напряжения:
Для трансформаторов 110 кВ у которых
-ΔUРПН
напряжения к.з. uK% меньше среднего, а при +ΔUРПН - больше среднего,
значения хТР в именованных единицах, в омах, отнесенных к регулируемой стороне
ВН, определяются по выражениям:
вн.ср - среднее напряжение,
приведенное к стороне высокого напряжения согласно Uвн.ср. = 110 кВ.
. Сопротивление кабельных линий КЛ
L1 и L2
Сопротивления кабелей выбираем
исходя из экономической плотности тока.
Максимальная нагрузка на кабельную
линию L1(L2) с учетом работы АВР
Расчет тока через кабельную линию:
З - коэффициент загрузки
трансформатора = 0,8
Экономическое сечение кабеля:
Принимаем 2 кабеля - 4 х БбШв 185
мм2 с Iдоп= 46 А. r=0,99 Ом/км.
Активное сопротивление
Реактивное сопротивление
длина кабельной линии КЛ1, КЛ2 =
2км.
Сопротивление кабельной линии
КЛ1 = ZКЛ2 = (r0 + jx0) =0,99 +
j0,08 Ом
3. Расчет токов короткого замыкания
Расчет тока короткого замыкания в
точке 1
Найдём сопротивление системы
;
Найдем ток трёхфазного короткого
замыкания.
;
Найдем ток двухфазного короткого
замыкания
;
Расчет токов К.З. в точке К2
где UС - междуфазное напряжение на
шинах системы;
хΣК1 - результирующее
сопротивление до точки К3.
хΣК1 = хС + хвл = 3,78 +16,8 =
20,58 Ом
Расчет токов короткого замыкания в
точке К3
Приведение к
нерегулируемой стороне низкого напряжения осуществляется по минимальному.
Находим максимально возможный ток короткого замыкания коэффициенту
трансформации:
Найдем ток двухфазного короткого
замыкания.
;
Расчет токов короткого замыкания в
точке К4
Рассчитываем эквивалентные
сопротивления до шин РП
Эмакс = Xc + XВЛ + Xтр.макс = 3,78+
16,8 +31,7=52,28 Ом,
Сопротивление кабельной линии
Эквивалентные сопротивления до точки
К4
Эквивалентное сопротивление до точки
К4
Ток короткого замыкания в точке К4
Найдем ток двухфазного короткого
замыкания.
;
Расчет тока короткого замыкания в
точке К5
Найдём сопротивление трансформатора
Т3 (4)
Найдем ток трёхфазного короткого
замыкания.
Максимально возможный ток короткого
замыкания в точке К5
Проводим к низкой
стороне
Найдем ток двухфазного короткого
замыкания.
;
Результаты расчетов токов короткого
замыкания сведены в таблицу:
Токи трехфазного короткого замыкания
Точка
К.З.
|
К1
|
К2
|
К3
|
К4
|
К5
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
max
|
17,59
|
|
3,14
|
|
2,1
|
22
|
1,03
|
10,7
|
0,506
|
5,3
|
Токи двухфазных коротких замыканий в точках
Точка
К.З.
|
К1
|
К2
|
К3
|
К4
|
К5
|
Значение
тока
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
IВН
|
IНН
|
max
|
15,224
|
|
2,71
|
|
1,8
|
19
|
0,89
|
9,32
|
0,437
|
4,5
|
. Максимальная токовая защита трансформаторов
Т1;Т2
Выбираем уставку максимальной токовой защиты и
токовой отсечки на понижающем двухобмоточном трансформаторе
двухтрансформаторной подстанции. Максимальная защита состоит из одного
комплекта: на стороне 110кВ с действием на выключение короткозамыкателя КЗ, при
к.з. на шинах подстанции.
Первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора,
соответствующие его номинальной мощности:
Первичный номинальный ток со стороны ВН
трансформатора,
Рассчитываем ток самозапуска
нагрузки.
Эквивалентное сопротивление.
Ток самозапуска.
кн - коэффициент надежности для РТ
40=1,1
кВ-коэффициент возврата для РТ
40=0,85
Проверяется коэф чувствительности в
основной зоне, для схем защиты линийс включением реле на фазные токи расчет
производится по первичным токам повреждения и срабатывания защиты.
Коэф. чувствительности в зоне
резервирования.
Время срабатывания МТЗ
трансформатора (tтр):
тр = tсв + ∆t = 0,9 + 0,5 =
1,4 с. св = tф + ∆t = 0,4 + 0,5 = 0,9 с.
Где ∆t = 0,5 с - ступень
времени срабатыванияф = 0,4 с - время срабатывания МТЗ фидерасв - время
срабатывания МТЗ секционного выключателя
.Дифференциальная защита
трансформатора
Первичный номинальный ток со стороны
НН трансформатора,
Выбираем трансформатор тока с коэффициентом
трансформации
где I2 = 5 А - вторичный ток
трансформатора тока.
Где nсх = 1 - для трансформаторов
тока, соединенных в неполную звезду.
Трансформаторы выбираем типа
ТГФ-110-400/5 на высокой стороне, и на низкой стороне ТЛМ-10-4000/5.
Определение вторичных токов в плечах
защиты:
Выбор основной стороны защищаемого
трансформатора. За основную принимают сторону, которой соответствует наибольший
из вторичных токов в плечах защиты.
Выбираем высокую сторону.
Определяется первичный ток небаланса
Где Iнб.расч - составляющая тока
небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;нб.расч -
составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения
защищаемого трансформатора;
Кодн = 1 - коэф., однотипности,
принимаемый равный одному, если на всех сторонах трансформатора имеется не
более одного выключателя;
= 0,1 - относительное значение тока
намагничивния;
- половина регулировочного
диапазона устройства РПН в о.е.
Ток срабатывания защитыс3 = Котс ·
Iнб = 1,3 · 546 =709,8 А
Где Котс = 1,3 - коэффициент
отстройки от броска намагничивающего тока, для РНТ 565
Ток срабатывания реле
(предварительный)
Число витков обмоток защищаемого
трансформатора.
Число витков обмоток не основной
стороны трансформатора
Где Fср = 100 А витков -
магнитодвижущая сила для срабатывания реле РНТ 565.,принимаем =6 витков.
Число витков обмоток не основной
стороны трансформатора
Принимаем ближайшее целое число =10 витков.
нб = Iнб.расч. + Iнб.расч. нб =
546+34 =580А Iс3 = Котс · Iнб = 1,3 · 580 =754 А ≤767,6 А
Расчет повторяется для нового
значения Iс.з. неоснов
Число витков обмоток защищаемого
трансформатора.
Число витков обмоток не основной
стороны трансформатора
Где Fср = 100 А витков -
магнитодвижущая сила для срабатывания реле РНТ 565.,принимаем =6 витков.
Число витков обмоток не основной
стороны трансформатора
Принимаем ближайшее целое число =10 витков.
нб = Iнб.расч. + Iнб.расч. нб =
546+34 =580А Iс3 = Котс · Iнб = 1,3 · 580 =754 А ≤767,6 А
Защита удовлетворяет требованиям
чувствительности
Защита от перегрузки
Защита от перегрузки устанавливается
в одной фазе и действует на сигнал.
Ток срабатывания защиты:
ном - номинальный ток обмотки
трансформатора с учетом регулирования напряжения, на стороне которого
установлено реле.
Время срабатывания защиты от
перегрузки
с3 = t · Котс
Газовая защита
Защита выполняется на реле РГЧЗ-66.
Реагирует на газообразование внутри трансформатора, возникающего в результате
разложения масла или разрушения изоляции под действием значительных повышений
температуры.
При значительном повреждении,
вызывающем бурное выделения газа, повышается давление внутри бака и создается
перетек масла в сторону расширителя, воздействующий на отключающий элемент.
Последний срабатывает при повышении заданной скорости масла. При этом газ из
бака трансформатора попадает в газовое реле и вызывает срабатывание сигнального
элемента, а затем действия срабатывающего элемента.
Оба элемента газового реле могут
также подействовать при снижении уровня масла ниже газового реле.
Сигнальный орган газовой защиты
срабатывает, когда объем газа в реле достигнет 4002.
Чувствительность отключающего
элемента, может изменяться в зависимости от скорости потока масла 0,6м/сек -
1,2м/сек.
Выдержка времени отключающего
элемента составляет 0,1-0,15 с при скорости потока масла, превышающей его
уставку в 1,5 раза.
. Релейная защита кабельной линии
Согласно ПУЭ на кабельной линии
устанавливают:
максимальную токовую защиту МТЗ;
токовую отсечку ТО;
защиту от однофазных замыканий на
землю.
Максимальная нагрузка на кабельную
линию L1(L2) с учетом работы АВР
Расчет тока через кабельную линию:
Максимальный рабочий ток КЛ1 (кл2)
кл.макс = 454 А
Ток срабатывания максимальной
токовой защиты (МТЗ)
Где Котс = 1,2 - коэффициент
отстройки, учитывающий погрешность реле.
Ксз - коэффициент самозапуска,
значение котоого зависит от вида нагрузки.
Кв = 0,85 - коэффициент возврата.
Ксз - коэффициент самозапуска для
линий, питающих промышленную нагрузку, можно определить по формуле:
где =1030 А - ток, трехфазного короткого
замыкания в точке К4, к которой подключена нагрузка.
При раздельной работе двух линий с
устройством автоматического ввода резерва (АВР) на секционного выключателе и
действии АВР после отключения одной из них, бездействие МТЗ оставшейся в работе
линии будет обеспечено выбором тока срабатывания защиты:
релейная защита
трансформатор ток
где Котс = 1,5 - коэффициент,
учитывающий увеличение тока по кабельной линии КЛ1 из-за напряжения при
подключении к ней затормозившихся двигателей.
За расчетный ток срабатывания защиты
принимается наибольший из токов
с3 = 1646 А.
Ток срабатывания реле,
где Ксх = 1 - коэффициент схемы
- коэффициент трансформации для
трансформаторов тока ТПЛК-10
Время срабатывания МТЗ
Время срабатывания МТЗ выбирается из
условий селективности защиты и термической стойкости защищаемого элемента.
Время срабатывания последующей защиты (расположенной ближе к источнику питания)
где ∆t = 0,5 с - ступень
селективности для защиты с независимой характеристикой выдержкой времени; пред
= 0,4 с - максимальное время срабатывания защиты на РП (задание)
Коэффициент чувствительности защиты
Кч = 6,5 ≤ 1,5 - защита
чувствительна.
Расчет токовой отсечки без выдержки
времени
Ток срабатывания токовой отсечки
Ток срабатывания токовой отсечки
выбираем по условию отстройки от максимального тока короткого трехфазного
замыкания в конце линии:
где Котс = 1,2
Коэффициент чувствительности защиты
где - ток двухфазного короткого
замыкания в начале защищаемого участка.
,4 < 1,2 - защита чувствительна.
. Защита замыканий на землю
Ток срабатывания защиты выбирают из
условия несрабатывания защиты при внешнем однофазном замыкании на землю.
с3 = Котс · Iсл · Кб = 1,2 · 4,4 ·
2,5 = 13,2 А
Где Котс = 1,2-1,3 - коэффициент
отстройки;
Кб = 2-2,5 - коэффициент,
учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги;с -
установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения.
Емкостной ток кабельной линии Iсл
можно рассчитать, А:
сл = Iс0 · L · m = 1,1 · 2 · 2 = 4,4
А
где Ic0 = 1,1 - удельный емкостной
ток однофазного замыкания на землю А/км;= 2 длина линии, км;= 2 - число кабелей
в линии.
Емкостной ток суммарной кабельной
линии IслΣ,
А:
слΣ = Iс0 · L · m =
1,1 · 42 · 2 = 92,4 А
где, L = 92,4 - суммарная длина
линии км.
Коэффициент чувствительности защиты.
- защита удовлетворяет требованиям
чувствительности.
Время действия и характеристики
защиты выбираются по условию согласования с предыдущей защитой.
Список использованной литературы
Релейная
защита электроэнергетических систем. Методические указания. В.С. Пастухов.
Расчеты
релейной защиты и автоматики распределительных сетей. М.А. Шабад. Л.:
Энергоатомиздат. Ленинградское отделение. 1985г.
Релейная
защита распределительных сетей. Я.С.Гельфанд. М.: Энергоатомиздат. 1987г.
Релейная
защита линий с ответвлениями. А.Н.Кожин, В.А.Рубинчик. М,: Энергия 1967г.
Основы
техники эксплуатации релейной защиты. М.А.Беркович, В.А.Семенов. М,Л,: Энергия.
1965г.
1.