РАЗРАБОТКА КОМЛЕКСА РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

Токовая отсечкаТоковая отсечка для защиты цехового трансформатора настраивается по двум условиям: 1. Отстраивается от максимального тока КЗ за трансформатором := *где - коэффициент надёжности если реле РТ-40, то =1,35; - ток трёхфазного КЗ на вторичных шинах трансформатора в максимальном режиме работы системы, приведённый к напряжению питания.= 1,3*896,8 = 1164,657 А2. Ток срабатывания по условию отстраивается от броска тока намагничивания трансформатора:= *где -номинальный ток трансформатора ;=4= 4*88,08 = 352,33 АДля настройки выбираем ток 1164,657 А. Чувствительность ТО проверяется по току двухфазного КЗ на входных зажимах трансформатора в минимальном режиме работы системы:== = 7,34≥2Ток срабатывания реле рассчитывается по формуле:Выбираем реле РТ-40/100.МТЗ от сверхтоковВыбираем ток МТЗ по условию отстройки от максимального рабочего тока трансформатора:=где =1,2 ;=2,5 (если нет других указаний);=0,85; - рабочий максимальный ток, который может быть принят равным Чувствительность МТЗ от сверхтоков достаточно проверить по току двухфазного КЗ за трансформатором== = 2,039== = 15,54АПри наличии за трансформатором действующих защит автоматом или плавкими предохранителями, согласование с ними МТЗ от сверхтоков будет вполне достаточным, если выдержка времени срабатывания tс.з = 0,5 с.Выбираем реле РТ-40/10Защита от перегрузки действующая на сигнал Ток срабатывания защиты выбирается из условия возврата защиты при номинальном токе трансформатора:=где =1,05 ;=0,85= =108,8 АВремя действия защиты берётся на ступень больше времени действия МТЗ от сверхтоков: = +t = 0,5+0,5 = 1сСпециальная токовая защита от замыкания на землю() на стороне 0,4кВТок срабатывания определяется по формуле:где Iт.ном – номинальный ток трансформатора на стороне 0,4 кВ.Согласование с защитами отходящих от трансформатора элементов обычно обеспечивается при . Чувствительность защиты проверяется по току однофазного КЗ на землю за трансформатором.=где - ток однофазного КЗ, приведенный к стороне 0,4 кВДля трансформатора 1600кВА при Xс=2Хт с учетом переходного сопротивления дуги, определенного из П.2.1, Zт/3=26,3 мОм. Тогда:МТЗ0 устанавливается на нейтраль трансформатора со стороны 0,4кВ. Ток срабатывания будет равен:== = 138,726 АВыбираем реле РТ-40/100.Схема защиты цехового трансформатора представлена на рис.10.1.Рис.10.1. Схема защиты цехового трансформатораа) оперативная часть схемы; б) измерительная часть схемы11. ЗАЩИТА ВОЗДУШНЫХ ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ 35-110 КВОсобенности схем питанияВ схемах, предложенных для разработки в курсовом проекте, питание главных понизительных подстанций (ГПП) промышленных предприятий осуществляется по линиям электропередачи 110 кВ или 35 кВ. Для надёжности питания предусматривается две линии электропередачи. Подсоединение трансформаторов ГПП выполнено по схемам глубокого ввода без выключателей на высокой стороне трансформаторов. Такая система наиболее экономична, т.к. не требует комплекса дорогих масляных выключателей на стороне ВН, позволяет облегчить условия эксплуатации подстанций, создаёт предпосылки их полной автоматизации и отказа от постоянного обслуживающего персонала.Трансформатор присоединяется к линии по схеме блока «Трансформатор – линия», т.е. весь этот комплекс является общим участком для обслуживания релейной защитой. При повреждении линии или трансформатора отключение производится выключателем, который ставится в начале питающей линии. Этот выключатель называется головным. Однако защиты, установленные на этом выключателе, часто оказываются недостаточно чувствительны к повреждениям в трансформаторе, поэтому на трансформаторах также устанавливаются защиты, которые рекомендованы ПУЭ для трансформаторов данной категории. При срабатывании защит трансформатора подаётся сигнал на включение короткозамыкателя, который создаёт искусственное короткое замыкание (двухфазное в системе 35 кВ или однофазное в системе 110 кВ) на стороне высокого напряжения трансформатора. Искусственное КЗ хорошо чувствуют защиты, стоящие на головном выключателе, который отключает линию вместе с трансформатором. В бестоковую паузу происходит отключение трансформатора отделителем, устройство АПВ снова включает головной выключатель, таким образом, линия с подключенными к ней другими потребителями остаётся в работе. Отделитель и короткозамыкатель имеют стоимость значительно ниже стоимости масляного выключателя, что и определяет экономическую эффективность данной схемы.Общие принципы выбора защиты питающих линийВ рассматриваемых схемах электроснабжения линии электропередачи работают раздельно. То есть секционные выключатели на вторичных шинах трансформаторов ГПП нормально отключены. Эти выключатели включаются (вручную или АВР) только в случае выхода из строя (вывода в ремонт) одной из двух питающих линий. Таким образом, электроснабжение предприятия можно рассматривать как радиальную систему, т.е. систему с односторонним питанием, что определяет тип защит на головных выключателях. При выборе защит необходимо стремиться к применению наиболее простых. Использование более сложных защит оправдывается только в том случае, если простые не обеспечивают предъявляемых к ним требований: селективности, быстродействия, чувствительности. В сетях с односторонним питанием 35÷110 кВ, как правило, достаточно хорошо работают токовые защиты со ступенчатыми характеристиками выдержек времени. В сетях с изолированной нейтралью (35 кВ и ниже) защиты выполняются комплектом, включённым на фазные величины и действующим на отключение при всех междуфазных коротких замыканиях. Защиты от замыканий на землю здесь не обязательны, и если они выполняются, то, как правило, работают на сигнал. В сетях с глухо заземлённой нейтралью (110 кВ) защита обычно выполняется отдельными комплектами: от междуфазных КЗ (включаемыми на фазные величины) и от коротких замыканий на землю (включаемыми на токи нулевой последовательности).Выбор типа и расчёт параметров защит ВЛ 115 кВРуководствуясь ПУЭ, спецификой схем, предложенных для курсового проектирования, и наложениями, изложенными ранее, для воздушных линий электропередачи 110 кВ можно рекомендовать на головных выключателях устанавливать защиты, представляющие собой сочетание токовой отсечки мгновенного действия и максимальной токовой защиты от междуфазных коротких замыканий, а также токовой отсечки и максимальной токовой защиты нулевой последовательности от замыканий на землю. Токовые отсечки от междуфазных КЗ в схемах блоков линия-трансформатор обычно обладают хорошей чувствительностью. При недостаточной чувствительности МТЗ следует ставить МТЗ с пуском по напряжению. При недостаточной чувствительности ТО0 их можно не устанавливать.Рис. 11.1 Схема воздушной линииДля линии напряжением 115 кВ длиной 18 км дана мощность трехфазного КЗ на входных шинах МВА; трансформатор, работающий блоком с линией имеет номинальную мощность 10 МВ*А;; удельное сопротивление ВЛ-0,4 Ом/км. Требуется рассчитать параметры защит на выключателеРис 11.2. Схема замещенияТоки трехфазного КЗ на шинах А, Б и В:;;;Токи двухфазного КЗ на соответствующих шинах составят:;;;Рабочий ток определяем по максимальной возможной нагрузке, которую должна обеспечить ВЛ. Поскольку предприятие питается от двух линий, то при выходе из строя одной вторая должна обеспечить работу всего предприятия. С учетом этого определяем Sн max. Рабочий максимальный ток:Для расчета параметров защит от КЗ на землю (ТО0, МТЗ0) необходимы значения 3I0 на шинах А и Б при однофазных и двухфазных КЗ на землю. Эти токи были рассчитаны ранее в разделе «Расчет токов короткого замыкания»:На шинах А (К1):Тройной ток однофазного КЗ:Тройной ток двухфазного КЗ:На шинах Б (К2):Тройной ток однофазного КЗ:Тройной ток двухфазного КЗ:Параметры ТОТО отстраивается от максимального трехфазного тока КЗ в конце защищаемого участка. Поскольку в данной схеме линия работает блоком с трансформатором, то конец защищаемого участка – вторичные шины трансформатора. Ток срабатывания ТО определяется по формуле: где Кн=1,1-1,2Кроме того, поскольку при включении силового трансформатора возникает бросок тока намагничивания составляющий (4-6)Iт.ном, следует отстроить ТО от этого тока. Т.к. бросок тока намагничивания очень кратковременный, достаточно, чтобы:Принимаем для настройки большее из этих двух значений, т.е.Чувствительность ТО оценивается по минимальному току КЗ (двухфазного) на тех же шинах где установлено ТО (т.е. на шинах А):т.е. защита проходит по чувствительности.В данной схеме целесообразно оценить чувствительность ТО и в конце линии, чтобы проверить, будет ли она уверенно срабатывать при искусственном КЗ на шинах Б. Поскольку в системе 115кВ при повреждении трансформатора устраивается однофазное КЗ:Таким образом, вся линия входит в зону действия ТО без выдержки времени. Принимая для защит головного выключателя трансформатора тока с коэффициентом 300/5, можно рассчитать ток срабатывания реле ТО. Для системы 115 кВ наибольшая типичная система соединения вторничной обмотки трансформатора тока и обмотки реле – полная звезда, поэтому коэффициент схемы Ксх=1. т.е. и можно выбрать реле РТ- 40/50.Параметры МТЗМаксимальная токовая защита отстраивается от рабочего тока с учетом кратковременных перегрузок (запуск, самозапуск двигателей). Ток срабатывания защиты определяется:где Кн - коэффициент надежности (1,2-1,3); Кз- коэффициент самозапуска (2-3), если МТЗ с блокировкой минимального напряжения Кз=1; Кв- коэффициент возврата (0,85).Чувствительность МТЗ должна проверяться по минимальному току (двухфазное КЗ) в конце участка. Поскольку МТЗ должна чувствовать КЗ в конце линии и резервировать защиты трансформатора, необходимо проверить ее чувствительность к на шинах Б и В.Чувствительность МТЗ достаточна как на основном, так и на резервном участке. Ток срабатывания реле определяется из тех же соображении, что и для ТО.т.е. и можно выбрать реле РТ- 40/10.Селективность МТЗ обеспечивается выдержками времени срабатывания. МТЗ на головном выключателе отстраивается от времени срабатывания МТЗ от сверхтоков силового трансформатора., ∆t = 0,4÷0,6 с.Параметры ТО0Согласно руководящим указаниям по защитам от КЗ на землю первая ступень нулевых защит (ТО0) отстраивается от ряда факторов, основным из которых является максимальное значение тока нулевой последовательности, протекающий по защите при замыкании на землю на шинах противоположной подстанции (для рассматриваемого примера – шины Б). Таким образом,Чувствительность защиты оценивается по минимальному значению тройного тока нулевой последовательности, протекающего по защите при КЗ на землю на тех же шинах, где стоит эта защита (на шинах А).Чувствительность ТО0недостаточно.Параметры МТЗ0Вторая ступень защит нулевой последовательности МТЗ0 согласно ПУЭ отстраивается от тока небаланса в нулевом проводе трансформаторов тока при КЗ между тремя фазами за трансформатором приёмной подстанции (на шинах В). Ток небаланса определяется по формуле:где Kодн – коэффициент однотипности трансформаторов тока (Kодн = 0,5); Kа – коэффициент, учитывающий наличие апериодической составляющей в токе КЗ. Поскольку МТЗ0 имеет выдержку времени срабатывания, Kа = 1; ε % – погрешность трансформаторов тока (ε % = 10 %);– максимальное значение трёхфазного тока КЗ за трансформатором, приведённое к 115 кВ.И тогдаОценивается чувствительность защиты к КЗ на землю в конце защищаемой линии (за силовым трансформатором нет КЗ на землю).Защита типа МТЗ0 обладает очень высокой чувствительностью к токам замыкания на землю. Ток срабатывания реле.Выбираем реле РТ-40/2.Синтез схемы комплекса защитСхема защит состоит из двух частей измерительной и оперативной. В измерительной схеме изображены принципы подсоединения реле тока (напряжения) к трёхфазной сети через трансформаторы тока (напряжения). В оперативной схеме показано взаимодействие контактных элементов, обеспечивающих отключение выключателя. Кроме этого, следует изобразить функциональную схему защиты, т.е. универсальную схему для любых, в том числе бесконтактных, применяемых элементов. приведена схема защиты (ТО + МТЗ + ТО0 + МТЗ0), где использована МТЗ с пуском по напряжению. Без блокировки минимального напряжения схема упрощается. Схема защит линий представлена на рис.11.1.Рис.11.1. Схема защит линий 115 кВЗАКЛЮЧЕНИЕПри выполнении курсового проекта был произведен расчет токов короткого замыкания, токов срабатывания защит и выбор их типов для линий, трансформаторов ГПП, двигателей, трансформаторов ДСП, КПП, КТП.Для защиты трансформаторов ГПП были спроектированы следующие типы защиты:1) Продольная дифференциальная защита;2) Максимальная токовая защита от сверхтоков;3) Максимальная токовая защита от перегрузок;4) Газовая защита;Для защиты линий:1) Токовая отсечка;2) Максимальная токовая защита.Для защиты цеховых трансформаторов:1) Токовая отсечка;2) Максимальная токовая защита от сверхтоков;3) Максимальная токовая защита от перегрузок.Для защиты двигателей:1) Токовая отсечка;2) Максимальная токовая защита от перегрузок.СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫУльянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах.- М. – Л.: Энергия. 1964.-704с. В.А.Попик Дифференциальная защита понижающих трансформаторов (примеры расчета). Методические указания. – Братск: 2004. – 32с.Руководящие указания по релейной защите. Вып.12. Токовая защита нулевой последовательности от замыкающей на землю линии 110-500кВ. – М.: Энергия. 1980.- 87с.Руководящие указания по релейной защите. Вып.13А, Вып.13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500кВ. – М.: Энергоатомиздат. 1985. – 95с.Релейная защита систем электроснабжения: Методические указания по выполнению курсовой работы – Составители: Попик В.А., Громова Т.Н. – Братск, ГОУ ВПО «БрГУ», 2006. - 86 с.Ульянов С.А. - Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. - М. – Л.: Энергия. 1964 г. - 704 с.