Релейная защита и автоматика систем электроснабжения

 

   3 .РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

   3.1. Расчет максимальной токовой защиты и токовой отсечки

   Для защиты линий, имеющих выключатели  с электромагнитными приводами  выполняем защиту на выпрямленном оперативном  токе с использованием реле тока типа РТ-80 (МТЗ на индукционном элементе, ТО на электромагнитном элементе).

   Рассчитываем  максимальную мощность КЛ1, КЛ2:

              S_{кл1 max} = P_кл1 /cosφ_кл1 = 0,5•10⁶ / 0,94= 0,531МВА,                          (3.1)

   Рассчитываем  ток рабочий максимальный:

              I_{раб. max кл1} = S_{кл1 max}  / √3•U_нн =0,531•10³ / √3•6 = 183,94  А,         (3.2)

   Коэффициент К_з для линий, питающих промышленную нагрузку можно определить по формуле:

      К_з = 1/(I_{раб.макс} / I⁽³⁾_{к max нн (·)3} + 0,4)=1/(183,94/ 4185  + 0,4)=2,25        (3.3)

где I⁽³⁾_{к max нн (·)3} - ток трехфазного короткого замыкания в точке сети, к которой подключена нагрузка с большим количеством двигателей.

   Ток срабатывания МТЗ  I_сз определяется по выражению:

   I_сз = I_{раб.макс} •К_отс •К_з / К_в =183,94•1,2 •2,25 / 0,8=620,8 А ,                            (3.4)                                 

   При раздельной работе двух линий (КЛ1 и  КЛ2) с устройством АВР на секционном выключателе и действии АВР (АВР  РП) после отключения одной из них (например КЛ2) бездействие МТЗ оставшейся в работе линии (КЛ1) будет обеспечено выбором тока срабатывания защиты:

I_{сз л1} = К_отс • (К_з •I_{раб.макс.л2} + К^¢\_отс •I_{раб.макс.л1} )/ К_в = К_отс • (К_з  + К^¢\_отс) •I_{раб.макс.л1} / К_в  = =1,2•(2,25  + 1,5) •183,94/ 0,8 = 1034,66 А,                                                                   (3.5)                                 

где I_{раб.макс} -максимальный рабочий ток линии; К_отс - коэффициент отстройки;                       К_з - коэффициент самозапуска; К_в - коэффициент возврата. К_в = 0,8 для РТ-80, К_отс  принимается равным 1,1-1,2 при использовании реле РТ-40 и РТ-80, К^\_отс = 1,5-1,6 - коэффициент, учитывающий увеличение тока по линии Л1 из-за понижения напряжения при подключении к ней затормозившихся двигателей, ранее питавшихся от Л2.

За расчетный  ток принимаем I_{сз л1}=1034,66  А.

   Время срабатывания МТЗ выбирается из условий  селективности защиты и термической  стойкости защищаемого элемента. Время срабатывания последующей  защиты (расположенной ближе к  источнику питания):

              t_{сз посл.} = t_{сз пред.} + Dt = 0,5 + 0,6 = 1,1 с,                                               (3.6)

где t_{сз пред.} - время срабатывания предыдущей защиты;   Dt - ступень селективности принимается равной (0,4-0,6)с для защит с независимой характеристикой выдержки времени и (0,6-0,7)с для защит с ограниченно зависимой характеристикой,

   Коэффициент чувствительности защиты:

                              К_ч = I⁽²⁾_к.мин / I_сз = 2680 / 1034,66  =2,59,                                        (3.7)                                 

   Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию отстройки от максимального  тока трехфазного КЗ в конце линии:

                             I_сз = I_{к max нн (•)3}• к_отс = 4,185  • 1,5 = 6,278 кА,                          (3.8)                                 

где  к_отс  - коэффициент отстройки для ТО без выдержки времени, выбирается в зависимости от типа применяемого реле (РТ-80).

 

   4. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

        4.1. Выбор уставок срабатывания защит электродвигателей

   4.1.1. Расчет токовой отсечки.

   Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается  от пускового тока электродвигателя по выражению:

              I_сз = К_отс •К_п •I_д.н = 2•6,8•96,23 = 1308,73 А ,                            (4.1)

где К_отс - коэффициент отстройки, учитывающий помимо апериодических составляющих в токе реле при переходных режимах еще и погрешности реле и необходимый запас, его значения для токовых отсечек на реле РТ-80 или РТМ, то К_отс = 2;

   К_п - кратность пускового тока (см. п. 2.2.4);

   I_д.н - номинальный ток двигателя (см. п. 2.2.4).

   Рассчитываем  ток срабатывания реле

              I_ср = К⁽³⁾_сх •I_сз / К_I = 1308,73 • 1 / 16 = 81,79  А,                       

где К_I – коэффициент трансформации трансформатора (80/5 = 16), к_сх - коэффициент схемы в режиме трехфазного КЗ, при включении реле на фазные токи равен 1, а при включении реле на разность токов равен . 

   Чувствительность  отсечки определяется по выражению:

К_ч = I⁽²⁾_{2 к.мин} / I_сз =2707/1308,73 =2,07,

где I⁽²⁾_{2 к.мин} - вторичный ток двухфазного КЗ на выводах двигателя при минимальном режиме питающей системы.

   Коэффициент чувствительности отсечки однорелейной схемы определяется при двухфазном КЗ между фазами в одной из которых  нет трансформатора тока. В этом случае ток в реле в два раза меньше, чем при КЗ между фазами с трансформаторами токов. В двухрелейной схеме токи в  реле одинаковы при  двухфазных КЗ между любыми фазами. Значение К_ч должно быть не менее двух.

   4.1.2  Расчет дифференциальной токовой защиты.

   Первичный ток срабатывания дифзащиты с применением реле типа РНТ-565:

              I_сз = К_отс•I_*нб •К_п •I_д.н = 1,1•0,3 •6,8•96,23 =215,94 А,          (4.2)

где К_отс = 1,1; I_*нб - ток небаланса в о.е., для схемы неполная звезда - неполная звезда

I_*нб = 0,37; для схемы звезда - звезда I_*нб = 0,3.

   Проверка  чувствительности дифзащиты производится при тех же условиях, что и токовой  отсечки, когда при двухфазном КЗ на линейных выводах обмотки статора  в реле протекает наименьший ток.

              К_ч = (I⁽²⁾_к.мин/ к_I) / I_ср • к_сх=(2707/16)/ 81,79  •1 =2,07       (4.3)

где к_I – коэффициент трансформации трансформатора (80/5 = 16), 

   4.1.3 Расчет защиты от замыканий на землю обмотки статора

   Защита  от замыканий на землю электродвигателей  напряжением 6-10 кВ, работающих в сети с изолированной нейтралью, выполняется  с помощью одного реле типа РТЗ-51, подключенного к трансформатору тока нулевой последовательности (ТНП) типа ТЗ, ТЗЛ, ТЗР. В случае, когда  питание двигателя осуществляется по двум параллельным кабелям, вторичные  обмотки ТНП каждого кабеля соединяют  последедовательно  и подключают к одному реле.

   Ток срабатывания защиты выбирают из условия  несрабатывания защиты при внешнем  однофазном замыкании на землю:

              I_сз = К_отс •К_б •I_c =1,3•2,5•0,1171=0,3806 А,               (4.3)                                                    

где К_отс = 1,2-1,3 - коэффициент отстройки; К_б = 2 -2,5 - коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги;

   I_c - установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения.

   Значение  I_c определяется как сумма емкостных токов двигателя I_сд и линии I_сл от места установки ТНП до линейных выводов двигателя:

              I_c = I_сд + I_сл =1,425•10^-4+0,117=0,1171 А.                    (4.4)                                                

   Собственный емкостной ток электродвигателя:

I_сд = 2•p•f_н•3•С_д•U_н /Ö3 =2•3,14•50•3•2,62•10^-8 •10 /Ö3=1,425•10^-4А .                                      

   Значение  I_сд по (5.9) получают в амперах, если номинальная частота сети f_н выражена в герцах, емкость фазы статора С_д - в фарадах, а номинальное напряжение двигателя U_н - в вольтах.

   Определяем  емкость фазы статора:

                С_д = 40• S_н^3/4 •10^-6 / (3000•(U_н + 3,6) •n_н^1/3 )= 40• 1666.7^3/4 •10^-6 / (3000•(10+ 3,6) •1000^1/3 )=2,62•10^-8 Ф,                                                 (4.5)  

где S_н - номинальная полная мощность двигателя, кВ·А;

   U_н - номинальное напряжение, кВ;

   Емкостной ток кабельной линии I_cл можно рассчитать, А: