Введение

РЗ применяется для предотвращения развития аварий и уменьшения размеров повреждения при коротком замыкании необходимо быстро выявить отключить поврежденный элемент системы электроснабжения.

В некоторых случаях повреждение должно быть ликвидировано в течение долей секунды. Очевидно, что человек не в состоянии справиться с такой задачей. Определение поврежденного элемента и воздействие на отключение соответствующих выключателей производят устройства релейной защиты с действием отключение

Основным элементом релейной защиты является специальный аппарат - реле. В некоторых случаях выключатель и защита совмещаются одном устройстве защиты и коммутации, например в виде плавкого предохранителя.

Релейная защита - это вид автоматики, нашедший применение в системах электроснабжения раньше других автоматических устройств. Одной релейной защиты недостаточно для обеспечения надежности и бесперебойности электроснабжения, в чем можно убедиться на примере рассмотренных схем электроснабжения. Шины распределительного пункта РИ обычно выполняются в виде двух секций. При повреждении одной из питающих линий РП. Отключении ее релейной защитой электроснабжение потребителей соответствующей секции прекращается. Электроснабжение можно восстановить включением секционного выключателя устройством автоматического включения резерва (АВР).

В системах электроснабжения применяются различные устройства автоматики энергосистем, такие как автоматические устройства синхронизации генераторов, синхронных компенсаторов и электродвигателей, автоматические регуляторы частоту вращения и активной мощности синхронных генераторов.

Рисунок.1

1. Расчет токов короткого замыкания

Схема замещения прямой последовательности.

Сопротивление системы в максимальном режиме:

В минимальном режиме:

Сопротивление линии ():

=Ом

Минимальное сопротивление трансформатора Т1 (Т2):

=

где - половина полного диапазона регулирования напряжения на стороне ВН трансформатора в (%). В работе принимать  =16% для трансформаторов Uсн=115 кВ

Максимальное сопротивление трансформатора Т1 (Т2):

Чувствительность токовой защиты трансформатора как резервной проверяется при КЗ в конце линий, присоединенных к шинам низшего напряжения. Для этого необходимо произвести расчет тока КЗ в минимальном режиме с учетом сопротивления кабельной линии, токи короткого замыкания сопротивление кабельной линии от шин подстанции до двигателей: Индуктивное сопротивление кабеля:

Активное сопротивление кабеля:

Пусковой ток двигателя равен I, = 257 А для алюминиевого кабеля принимаем

0,087 Ом/км,89 Ом/км;

=

Токи короткого замыкания максимального режима:

22922,06 A.

435,03 А

Токи короткого замыкания минимального режима

Ток короткого замыкания на выводах равен:

2. Расчет защиты питающей линии электропередачи

ПУЭ [1] предусматривают на одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий установку ступенчатых токовых защит. В этом задании достаточно предусмотреть установку двухступенчатой токовой защиты. Первая ступень - токовая отсечка мгновенного действия, а вторая - максимальная токовая защита МТЗ, согласованная по селективности с МТЗ трансформатора (Т1 для линии W1).

Рекомендуется для максимального и минимального режимов работы системы произвести расчет токов КЗ для трех точек на линии (в начале, середине и конце), за трансформатором, и по результатам расчета построить график изменения тока в зависимости от длины защищаемого участка.

Токовая отсечка не защищает всю длину линии и не может использоваться как основная защита. Однако, в частном случае, когда защищаемая линия питает тупиковую подстанцию, отсечка может выполнятся чувствительной при КЗ в любой точке линии. для этого ток срабатывания отсечки отстраивается от тока КЗ за трансформатором Т1 приемной подстанции.

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по следующему условию:

435,03= 522,03А

Iк, макс =Iк4,макс - максимальное значение тока КЗ за трансформатором, и проверяет по условию отстройки от броска намагничивающего тока силового трансформатора Т1.

Номинальный ток трансформатора Т1:

Ток срабатывания токовой отсечки должен быть проверен по условию:

чувствительность отсечки:

Время срабатывания отсечки toтс=0, 1 с.

Ток срабатывания МТЗ рассчитывается по выражению:

чувствительность МТЗ на основном участке:

на резервном участке:

Необходимая по ПУЭ чувствительность обеспечивается. Время срабатывания МТЗ рассчитывается после выбора времени tмтз. срабатывания МТЗ трансформатора по выражению:

где tмтз. - время срабатывания МТЗ трансформатора (получается из расчета защит трансформатора)

= 0,3 - 0,6с - ступень селективности.

Для предотвращения ложного срабатывания защиты при КЗ за трансформатором применяется запрет (блокировка) с помощью минимальных реле напряжения. Напряжения срабатывания защиты отстраивает от остаточного напряжения в месте установки при КЗ за трансформатором при прохождении по линии тока, равного ток срабатывания отсечки.

Рисунок 2. Схема питающей линии (а), график изменения тока (б) и карта селективности (в)

3. Расчет защит трансформаторов

Расчет токов КЗ для выбора параметров срабатывания и проверки чувствительности защит должен производится с учетом изменения сопротивления питающей системы (для максимального и минимального режимов работы системы) и сопротивлений трансформаторов при регулировании напряжения под нагрузкой.

Производим выбор уставок дифференциальной защиты трансформатора на реле ДЗТ- 11.

Значение максимального тока КЗ необходимо для расчета у ставок дифференциальных защит, а значение минимального тока КЗ - для вычисления коэффициента чувствительности защит. Номинальные токи трансформатора со сторон высокого и низкого напряжения:

Схема соединения трансформаторов тока со стороны ВН - треугольник, со стороны НН- звезда. Коэффициент трансформации ТТ со стороны ВН - K_Iвн=100/5: со стороны НН - K_Iнн=1000/5. Вторичные токи в плечах защиты:

За основную принимаем сторону НН как сторону с большим током. Ток срабатывания защиты равен:

где , - коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания, = 1,2 -1,5 для защиты с реле ДЗТ-11, , - номинальный ток трансформатора. Вторичный ток срабатывания защиты на основной стороне:

Расчетное число витков на основной стороне:

принимаем

Расчетное число витков на неосновной стороне:

электроснабжение электродвигатель ток трансформатор

принимаем

Тогда составляющая первичный ток небаланса:

где - периодическая составляющая при расчетном внешнем трехфазном металлическом коротком замыкании.

Е - относительное значение полной погрешности трансформаторов тока, принимается равным 0,1.

- коэффициент однотипности трансформаторов тока принимается равным 1,0.

- коэффициент учитывающий переходный режим для ДЗТ, может быть принят равным 1,0.

Выбираем место установки тормозной обмотки стороны НН, тогда число витков тормозной обмотки будет равно:

Где tg=0,75-0,8;

принимаем  7.

Определяем коэффициент чувствительности защиты при коротком замыкании за трансформатором в зоне действия защиты, когда торможение отсутствует, ток короткого замыкания проходит через трансформаторы стороны 115 кВ. для схемы соединения обмоток трансформатора тока в треугольник расчетный ток в реле находится:

Ток срабатывания неосновной стороны равен:

делаем проверку:

 или

Коэффициент чувствительности равен:

Время срабатывания дифференциальной защиты  = 0,1с.

далее производим расчет МТЗ трансформатора, ток срабатывания МТЗ равен:

Где = 1,1 - 1,2- коэффициент отстройки;

 0,85;  - коэффициент самозапуска.

Коэффициент чувствительности на основном участке К_ч > 1,5:

удовлетворяет ПУЭ.

Для обеспечения селективности время действия защиты необходимо согласовывать с временем защиты секционного выключателя (Q3). Время действия защиты секционного выключателя должно быть согласовано с временем действия защит отходящих присоединений (). Таким образом, у МТЗ трансформатора время действия защиты должно выбираться последующему условию:

где  0,3 - 0,5 - ступень селективности для токовой защиты.

Тогда время срабатывания МТЗ питающей линии равно:

4. Расчет защиты электродвигателей

Для защиты электродвигателей мощностью менее 2МВт от многофазных замыканий должна предусматривается токовая одно-релейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов, с реле прямого или косвенного действия, включенным на разность токов двух фаз.

Наличие перегрузки электродвигателей по технологическим причинам обязывает предусмотреть защиту от перегрузки. Использование реле типа РТ-80 позволит индукционной части выполнить защиту от перегрузки, а на электромагнитной - токовую отсечку.

Номинальный ток срабатывания равен:

Пусковой ток находится:

Установка индукционной части реле защиты от перегрузки:

где = 1,2; = 0,85.

- первичный ток срабатывания защиты.

Ток срабатывания реле с учетом схемы соединения ТТ:

где - для схемы соединения на разность токов в нормальном режиме и при трехфазном КЗ ( = 1 при двухфазном КЗ: А-В и В-С - обратите внимание и учтите при оценке чувствительности защиты).

По полученной величине тока срабатывания реле выбирается исполнение реле и уставка тока срабатывания ().

Ток срабатывания защиты от многофазных замыканий:

Вторичный ток срабатывания отсечки:

Установка отсечки для реле РТ-80 определяется как кратность тока срабатывания отсечки к току установки:

Чувствительность отсечки определяют при КЗ на выводах электродвигателя. Ток КЗ следует рассчитывать для минимального режима работы сети с учетом сопротивления кабельной линии, к которой подключен электродвигатель. По требованию [1]  =2.

Коэффициент чувствительности отсечки:

Удовлетворяет требованиям ПУЭ.

Для защиты от многофазных КЗ электродвигателей мощностью до 5000 кВт обычно используется максимальная токовая отсечка. Наиболее полную токовую отсечку можно выполнить с реле прямого действия, встроенными в привод выключателями. С реле косвенного действия применяется одна из схем соединения трансформаторов тока и реле. Использование токовых реле с зависимой характеристикой позволяет обеспечить с помощью одних и тех же реле защиту от КЗ и перегрузки.

Рис. 4. Защита электродвигателя от коротких замыканий и перегрузок

5. Расчет самозапуска электродвигателей

Для времени перерыва питания  = 4,5 с кратность пускового тока находится из зависимости  и равна 0,82 от значения для заторможения двигателей то есть:

тогда из [5] пусковая мощность в относительных в единицах при  =6,6 кВ и =10000 кВА равна:

Начальное напряжение при самозапуске:

,2 В > 3780 В самозапуск успешный.

Хвн - суммарное сопротивление цепи питания (система, трансформатор, линия).

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок Г Минэнерго СССР. 6-е изд., перераб. и доп.-М.: Энергоатом издат, 1986. - 648 с.

. Андреев В.А. Релейная защита, автоматика и телемеханика в системах электроснабжения: Учебник для студентов вузов спец. "Электроснабжение промышленных предприятий городов и сельского хозяйства".-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Высш. шк., 1985. - 391 с.

. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеби. пособие для вузов.-М.: Энергоиздат. 198 1.-328 с.

. Руководящие указания по релейной защите. Вып.IЗБ. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ:

Расчеты.- М.: Энергоатомиздат, 1985. - 96 с.

. Реле защиты / Алексеев В.С. и др. - М.: Энергия, 1 976.-464 с.

. Сыромяткинов И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей! Под ред. Л.Г. Мамиконянца. - 4-е изд., перераб.и доп.-М.:

Энергоатомиздат, 1984. - 240 с.