Расчет защит

Расчет защит

Задача 1. Рассчитать дистанционную защиту линии

Дано:

S_нагр1 = 3,8 МВА

S_нагр2 = 7,5 МВА

S_Н._ТР1 = 4 МВА

S_Н._ТР2 = 10 МВА

U_HOM = 110 kB

L₁ = 50 км

L₂ = 60 км

Схема: 2

Решение

Дистанционной защитой называются защиты, время выдержки которых автоматически изменяется в зависимости от удаленности места короткого замыкания от места установки защиты. Определение удалённости до места КЗ производится путём измерения сопротивления, которое определяется сравнением остаточного напряжения на шинах подстанции, где установлена защита, и значением тока КЗ, проходящего по защищаемой линии.

Дистанционная защита выполняет функции дальнего резервирования защиты сетей на сторонах высокого и среднего напряжений и ближнего резервирования основных защит автотрансформатора.

Защита выполняется на типовой панели типа ПЭ - 2105, содержащей в качестве измерительных органов блок реле сопротивлений БРЭ 2801.

Произведем расчет дистанционной защиты со ступенчатой характеристикой сопротивления срабатывания реле.

Схема

1.      Определяем токи, проходящие по участку длиной L1:

I₁ = ₁ =  =  = 19,9448 А = 19,95 А.

2.      Определяем сечение провода на участке L1:

F_ЭК= I₁ /j_эк

где j_ЭК - экономическая плотность тока, А/мм².

Согласно ПУЭ для неизолированных проводов

Выберем: j_ЭК - 1,1 А/мм²

F_ЭК= 19,95 /1,1 = 18,136 мм²

Из стандартного ряда сечений выбираем F = 25 мм².

Но выбранные по экономическому критерию провода должны удовлетворять ряду технических требований, при которых обеспечивается нормальная эксплуатация линии электропередачи. Окончательный выбор сечения можно сделать только после проверки выполнения этих требований.

Проверка по механической прочности:

Провода ВЛ подвергаются внешним механическим воздействиям. Это главным образом, ветровые и гололёдные нагрузки. С целью обеспечения надёжной работы проводов ВЛ устанавливаются минимальные допустимые сечения F_{min мех} по механической прочности, приведённые в таблице:

Здесь можно выбрать: F= F_{min мех} = 35 мм²

Проверка по условиям короны. Явление общей короны возникает при высокой напряженности электрического поля на поверхности провода и сопровождается характерным потрескиванием и видимым свечением. Процессы ионизации воздуха вокруг коронирующего провода приводят к потерям активной мощностию уменьшение напряженности на поверхности провода достигается увеличением сечения провода. Данная проверка проводится для сетей 110 кВ и выше. Минимальные сечения провода F_{min кор} по условиям ограничения потерь приведены в таблице:

Таким образом, для нашей сети выбираем сталеалюминиевый провод АС70/11 с допустимым током 265 А (вне помещений)  19,95 А. - проверка по допустимому нагреву

Для него удельные активное и реактивное сопротивления: по ГОСТ 839-80Е

r₀ = 0,42 Ом/км

x₀ = 0,436 Ом/км

полное сопротвление участков линии:

активное: R₁ = r_o*L₁ = 0..42*50 = 21 Ohm

реактивное: X₁ = x₀*L₁ = 0.436*50 = 21.8 Ohm

Тогда полное сопротивление

Z₁ =  =  = 30.27 Ohm

3.      Определяем сопротивление срабатывания реле сопротивления первой зоны:

Z_СЗ1 = k_H*Z₁

где Z_СЗ1 - первичное сопротивление срабатывания первой зоны дистанционной защиты; k_H - коэффициент надёжности отстройки защиты; принимается равным 0,8 - 0,85

Z_СЗ1 = 0,85*30,27 = 25,73 Ом.

Первые ступени защит в рассматриваемой сети должны быть обязательно направленными для предотвращения неправильного срабатывания. Возможные мёртвые зоны часто исключаются вспомогательными токовыми отсечками.

.        Определяем выдержку времени защиты первой зоны.

Защита первой зоны выполняется мгновенно, поэтому выдержка времени применяется: t = 0 c.

.        Определяем сопротивление срабатывания реле сопротивления второй зоны по следующим условиям:

а)      отстройки от конца первой зоны дистанционной защиты следующего участка:

Z_СЗ2 = k_H*(Z_У1 + К_Н*К_Р* Z_СЗ1)

б) отстройки от короткого замыкания за трансформаторами приёмной подстанции или трансформатора отпайки

Z_СЗ2 = k_H*(Z_W + К_Р* Z_T)

где Z_СЗ2 - первичное сопротивление срабатывания защиты;

Z_W - полное сопротивление линии; k_H - коэффициент отстройки защиты (0,7 - 0,8); k_Т - коэффициент токораспределения:

k_P = I_КЗ1 /I_КЗ2, принимаем равным 1;

Z_T - сопротивление трансформатора:

В силу того, что активное сопротивление трансформатора относительно мало (примерно на порядок при заданной мощности) им мы пренебрегаем и считаем сопротивление трансформатора равным реактивному:

Z_T =  

В нашем случае ближайший стандартный трансформатор: ТMН 6300/110

U_BH = 115 kB; U_HH = 6.6/11 kB; u, % = 10.5%; регулирование напряжения:

U _HOM - номинальное напряжение той стороны трансформатора, где устанавливается защита (для двухобмоточных трансформаторов защита ставится на стороне НН, U _HOM = 11 кВ).

S_{HOM. TP} - номинальная мощность трансформатора

 - потери напряжения при КЗ, % от U _HOM

Z_T =  = 3,176 Ohm

б) Z_СЗ2 = 0.75*(30.27 +3,176) = 33,446 Ohm

6.      Выбираем выдержку времени срабатывания второй зоны:

t₂ = t₁ +

где  - ступень селективности равная 0,5 с.

t₂ = 0,5 с.

.        Определяем уставку срабатывания третьей ступени дистанционной защиты.

При этом сопротивление Z_СЗ3 обычно выбирают по условию отстройки от минимального рабочего сопротивления:

Z_min.раб = U_раб /I_раб = 30,27 Ом, при этом,

Z_СЗ3 = Z_min.раб/К_отс*К_В*К_3Z

где К_отс

К_В = 0,8 - коэффициент возврата

К_3Z  - коэффициент запаса, учитывающий погрешность реле

Z_СЗ3 = 30,27/1,25*0,8*1,2 = 25,225 Ом

Это сопротивление должно обеспечивать необходимую чувствительность защиты (К_Ч ) при КЗ в конце защищаемого участка

Третью ступень можно выполнить с помощью пускового токового реле и реле времени, поэтому третью ступень рассчитываем по аналогии с МТЗ

I_СЗ3  K_н * K_з * I _{раб. max} /K_B

где K_н - коэффициент надежности отстройки [K_н = 1.1…1,2 для реле серии РТ-40, РТ-80, РТ-90; K_н = 1,2…1,4 для РТВ]

K_в - коэффициент возврата реле [K_в = 0,8…0,85 для реле серии РТ-40, РТ-80, РТ-90; K_н = 0,6…0,7 для РТВ]

К_з - коэффициент запуска электродвигателей. Обычно принимается в пределах 2…3.

Пусть I_СЗ3 = 1,1 * 2,0 * 19.95/0,8 = 54.86 А.

Принимаем I_с.з = 63 А по стандартной шкале токов (ГОСТ 7746-78Е)

Вторичный ток срабатывания реле тока:

I_cp = K_CX* I_СЗ3 /K_I

где K_сх - коэффициент схемы соединения ТТ; при соединении звездой = 1, при соединении треугольником =  

K_I - коэффициент трансформации ТТ, равный отношению первичного тока к вторичному

Тогда I_с.р = 1 * 63 /60 = 1.05 А

Выбираем реле тока электродинамического типа серии РТ-40/2 У3 с параллельным соединением катушек

Выбираем выдержку времени срабатывания защиты третьей зоны:

выбираем выдержку времени срабатывания второй зоны:

t₃ = t₂ +  = t₁ + t₂ + t₃ + t₄ выдержка времени защиты потребителя принимается равной 0, t₁ = 0 с.;

☞   выдержка времени защиты питающей линии - принимается на ступень селективности больше, т.е. t₂ = t₁ + Дt_с1, где Дt_с1 = 0,5 с, тогда t₂ = 0,5 с.;

☞   выдержка времени защиты трансформатора 110/10:

присоединение вторичной обмотки t₃ = 1,0 с;

присоединения первичной обмотки t₄ = 1,5 с;

☞   выдержка времени срабатывания рассчитываемой защиты t_рз = 0 + 0,5 + 1,0 + 1,5 = 3 с.

Выбираем реле времени серии РВ-132 У3

Выбираем трансформатор тока: ТФЗМ110Б - 1 K_I = 300/5 = 60

Определим вторичное сопротивление срабатывания реле сопротивления:

Z_CP = K_I * Z_C3/K_U K_U = 110000/100 = 1100

Для первой зоны:

Z_CP1 = 60 * 25,73/1100 = 1,4 Ом

Для второй зоны

Z_CP2 = 60 * 33,4461/1100 = 1,824 Ом

Обе величины попадают в диапазон 0,2 - 100, принимаем их выше названные значения: Z_CP1 = 1,5 Ом; Z_CP2 = 2 Ом

Задача 2. Рассчитать защиту от внешних коротких замыканий и от перегрузки трансформатора

Дано:

U_ном.ВН = 220 kВА

U_{ном. НН} = 10.5 kВА

I_K3max = 4500 А

I_K3min = 3600 А

S_HOM = 16 MBA

Решение

Защита от сверхтоков при внешних КЗ:

Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора при КЗ, на сборных шинах или на отходящих от нее присоединениях (рис 2.1.), если защиты или выключателми этих элементов отказали в работе.

Одновременно защита от внешних КЗ используется и для защиты от повреждений в трансформаторе. Однако по условиям селективности защита от внешних КЗ должна иметь выдержку времени и, следовательно, не может быть быстродействующей.

Рис. 2.1.