Токарный цех

13. Релейная защита кабельной линии и трансформатора

 

Исходные данные:

Длина защищаемой питающей линии КЛ1: L=600м;

Номинальное напряжение линии КЛ1: U_Н=10 кВ;

Ток трехфазного кз в  точке К1: I_К1=19,7 кА;

Ток трехфазного кз в  точке К2: I_К2= 4,98кА;

Ток трехфазного кз в точке К3: I_К3=14,8 кА;

Рабочий максимальный ток  питающей линии:  

А;

_. 

13.1. Расчет характеристики автомата наиболее загруженной из отходящих линий QF1

 

На вводе  установлен автомат ВА52-37. Номинальный ток выключателя I_НОМ=250А. Выключатель снабжен регулируемым полупроводниковым расцепителем. Расцепитель позволяет выполнить трехступенчатую токовую защиту.

Расчётный ток расцепителя, А:

где   К_ОТС = 1,1 – коэффициент отстройки для автоматических

выключателей серии ВА ;

I_QF1=178,91 А – максимальный ток, протекающий через QF1.

I_{РЦ.РАСЧ}  =1,1 · 178,91 =196,8 А.

Выбираем номинальный  ток расцепителя из условия:

I_РЦ.НОМ ≥ I_{РЦ.РАСЧ}.

Принимаем для ВА52-37 I_РЦ.НОМ = 200А.

Третья ступень –  МТЗ.

МТЗ не имеет независимой регулировки тока срабатывания. Ток срабатывания третьей ступени:

I^III_ср= 1,25·Iном;

I^III_ср =1.25*250=312,5 А.

Третья ступень позволяет  изменить наклон характеристики выдержек времени МТЗ так, что при токе 6·Iном можно получить выдержки времени равные [4; 8; 16] с. Примем:

t^III_ср|_I=6·Iном=4 c.

Вторая ступень –  ТОВ.

Токовая отсечка с  выдержкой времени позволяет  установить кратность к тока ТОВ  из ряда [2; 3; 5; 7; 10]. Выдержка времени второй ступени может быть установлена из ряда [0,1; 0,2; 0,3] c.

Ток срабатывания второй ступени:

I^II_ср=К^II · I_{ПЕР.ДОП ,}

где К^II =1,5–коэффициент отстройки,  

I^II_ср=1,5∙338,75=508,12 А.

Округляем I^II_ср до стандартного значения, I^II_ср=250∙2=500 А , для обеспечения селективного действия принимаем кратность к=2.

Выдержку времени второй ступени защиты принимаем 

t^II_{ср. QF2} =0,1 с.

Первая ступень –  ТО.

Ток срабатывания первой ступени не регулируется. Расцепитель  срабатывает без выдержки времени  при токе 12 кА:

Проверка чувствительности:

Минимальный ток КЗ в наиболее удаленной точке КЗ должен быть больше номинального тока расцепителя, не менее чем в три раза: 

 

=53,28 > 3.

13.2. Расчет характеристики вводного автомата QF2

 

На вводе  установлен автомат ЭО16В. Номинальный ток выключателя I_НОМ=1600А. Выключатель снабжен регулируемым полупроводниковым расцепителем. Расцепитель позволяет выполнить трехступенчатую токовую защиту.

Расчётный ток расцепителя, А:

где   К_ОТС = 1,6 – коэффициент отстройки для автоматических

выключателей серии  «Электрон»;

I_QF2=748,5 А – максимальный ток, протекающий через QF2.

I_{РЦ.РАСЧ}  =1,6 · 748,5 =1197,6 А.

Выбираем номинальный  ток расцепителя из условия:

I_РЦ.НОМ ≥ I_{РЦ.РАСЧ}.

Принимаем для ЭО16В I_РЦ.НОМ = 1600А.

Третья ступень –  МТЗ.

МТЗ не имеет независимой регулировки тока срабатывания. Ток срабатывания третьей ступени:

I^III_ср= 1,25·Iном;

I^III_ср =1.25*1600=2000 А.

Третья ступень позволяет  изменить наклон характеристики выдержек времени МТЗ так, что при токе 6·Iном можно получить выдержки времени равные [4; 8; 16] с. Примем:

t^III_ср|_I=6·Iном=16 c.

Вторая ступень –  ТОВ.

Токовая отсечка с  выдержкой времени позволяет  установить кратность к тока ТОВ  из ряда [2;3; 5; 7; 10]. Выдержка времени  второй ступени может быть установлена  из ряда [0,1; 0,2; 0,3] c.

Ток срабатывания второй ступени:

I^II_ср=К^II · I_{ПЕР.ДОП ,}

где К^II =1,5–коэффициент отстройки,  

I^II_ср=1,5∙748,5=1122,75 А.

Округляем I^II_ср до стандартного значения, I^II_ср=1600∙5=8000 А , для обеспечения селективного действия принимаем кратность к=5.

Выдержку времени второй ступени защиты принимаем.

t^II_{ср. QF2} =0,3 с.

Первая ступень –  ТО.

I^I_ср = (2,2 . . . 3) ×I^II_ср = 8000×2,5 = 20000 А.

Проверка чувствительности:

Минимальный ток КЗ в  наиболее удаленной точке КЗ должен быть больше номинального тока расцепителя, не менее чем в три раза: 

 

=8,33 > 3.

 

13.3. Расчет характеристики секционного автомата QF3

 

На вводе  установлен автомат ЭО6В. Номинальный ток  выключателя I_НОМ=1000А. Выключатель снабжен регулируемым полупроводниковым расцепителем. Расцепитель позволяет выполнить трехступенчатую токовую защиту.

Расчётный ток расцепителя, А:

где   К_ОТС = 1,6 – коэффициент отстройки для автоматических

выключателей серии  «Электрон»;

I_QF3=748,5/2 А – максимальный ток, протекающий через QF3.

I_{РЦ.РАСЧ}  =1,6 · 374,25 =598,8 А.

Выбираем номинальный  ток расцепителя из условия:

I_РЦ.НОМ ≥ I_{РЦ.РАСЧ}.

Принимаем для ЭО6В I_РЦ.НОМ = 1000А.

 

 

Третья ступень –  МТЗ.

МТЗ не имеет независимой регулировки  тока срабатывания. Ток срабатывания третьей ступени:

I^III_ср= 1,25·Iном;

I^III_ср =1.25*1000=1250 А.

Третья ступень позволяет  изменить наклон характеристики выдержек времени МТЗ так, что при токе 6·Iном можно получить выдержки времени равные [4; 8; 16] с. Примем:

t^III_ср|_I=6·Iном=8 c.

Вторая ступень –  ТОВ.

Токовая отсечка с выдержкой  времени позволяет установить кратность  к тока ТОВ  из ряда [2;3; 5; 7; 10]. Выдержка времени второй ступени может  быть установлена из ряда [0,1; 0,2; 0,3] c.

Ток срабатывания второй ступени:

I^II_ср=К^II · I_{ПЕР.ДОП ,}

где К^II =1,5–коэффициент отстройки,  

I^II_ср=1,5∙374,25=561,4 А.

Округляем I^II_ср до стандартного значения, I^II_ср=1000∙5=5000 А , для обеспечения селективного действия принимаем кратность к=5.

Выдержку времени второй ступени защиты принимаем.

t^II_{ср. QF2} =0,2 с.

Первая ступень –  ТО.

I^I_ср = (2,2 . . . 3) ×I^II_ср = 5000×2,5 = 12500 А.

Проверка чувствительности:

Минимальный ток КЗ в  наиболее удаленной точке КЗ должен быть больше номинального тока расцепителя, не менее чем в три раза: 

 

=13,32 > 3.

 

13.4. Выбор плавкой вставки предохранителя FU1 на ВН подстанции

 

Для предотвращения срабатывания предохранителя в нормальном режиме ток плавкой вставки принимаем  из условия:

 

I_ПЛ.ВСТ≥К_З∙ I_W1=1,5∙41,92=62,82 А.

Здесь К_З – коэффициент запаса, К_З=1,5÷2 , I_W1 – рабочий ток кабельной линии W1.

 Принимаем плавкую  вставку с номинальным током I_ПЛ.ВСТ =160 А. Отключающая способность предохранителя 20 кА, что больше 8,297  кА.

Принимаем предохранитель ПКТ104-10-160-20Т3. Предохранитель кварцевый, для защиты силовых трансформаторов и линий на номинальное напряжение 10кВ, для применения в районах с умеренным климатом, в закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

13.5. Расчет защит кабельной линии 10кВ

 

13.5.1 Расчет максимальной токовой защиты (МТЗ)

 

Ток срабатывания МТЗ  определяем по формуле:

 

 

,где К_ОТС=1.6 – коэффициент отстройки;  К_СЗП  – коэффициент самозапуска, для промышленных предприятий К_СЗП=2÷3;

К_В=0,8÷0.85 – значение коэффициента возврата реле для реле тока.

Коэффициент чувствительности МТЗ:

  -в основном режиме

-в режиме резервирования

,где I_К = 563,81 А, – ток короткого замыкания на шинах низкого напряжения ТП, приведенный к ступени напряжения 10 кВ.

МТЗ удовлетворяет требованию чувствительности.

Определим ток срабатывания реле тока МТЗ.

Выбираем трансформатор  тока ТПЛК–10

с коэффициентом трансформации  n_Т = 300/5.

Применяем схему соединения трансформаторов тока “неполная звезда”, К_СХ = 1 для данной схемы соединения.

Ток срабатывания реле МТЗ:

.

По табл.20 [11,стр.66] выбираем индукционное реле тока РТ–81/2 с номинальным током 5А и уставкой тока срабатывания индукционного элемента I_УСТ=4А.

                       t_СР= t_ПРЕД+Δt;

            Выдержка времени МТЗ определяется в зависимости от времени срабатывания предохранителя при минимальном токе КЗ, и с учетом ступени

селективности, принимаемой  равной Δt=0,5.

Так как при кз на выводах  трансформатора время перегорания предохранителя составит сотые доли секунды, принимаем t_ПРЕД = 0, тогда

                        t_СР= 0,5 с.

13.5.2. Расчет токовой отсечки (ТО)

 

Отстраиваем защиту от тока КЗ за трансформатором. I_К3=1286,5 –ток на  стороне НН трансформатора, приведенный к  стороне ВН.

Ток срабатывания защиты:

К_ОТС=(1,5÷1,6) – при использовании индукционных реле РТ-80.

Коэффициент чувствительности ТО:

;

- где I_К1 = 19700 А– ток трехфазного короткого замыкания в начале линии.

Токовая отсечка удовлетворяет  требованию чувствительности, если К_Ч>2,

в данном случае условие  выполняется.

Ток срабатывания реле ТО, А:

Кратность отсечки:

.

Кратность тока при срабатывании отсечки для реле РТ81/1, принимаем кратность 4 Ток срабатывания электромагнитного элемента реле составит I_ЭМ = 4∙4 = 16 А. 

Осуществляем проверку трансформаторов тока на 10%-ную  полную погрешность:

;

,где R_ПР=0,06 Ом – сопротивление проводов, R_ПЕР=0,1 Ом – переходное сопротивление,

– сопротивление реле.

Получим:

Вычисляем значение предельной кратность тока:

 < 13

Предельное значение кратности тока К_Т = 13.

Определяем значение Z_ДОП.ТТ в зависимости от предельной кратности тока по графику предельных кратностей трансформаторов тока типа

ТПЛК–10 класса точности 0,5 ;  Z_ДОП.ТТ= 0,6 Ом.

Так как 0,6> 0,308, то погрешность трансформатора тока не превышает 10 %.

Выбираем вспомогательные  реле: промежуточное реле серии РП–25, указательное реле РУ–21.

 

 

 

13.5.3.. Защита от замыкания на землю кабельной линии

 

Защита не должна срабатывать  при повреждениях на других присоединениях сети, когда по защищаемой линии проходит ток, обусловленный емкостью данной линии. Однако защита должна надежно срабатывать (коэффициент чувствительности для КЛ К_ч=1,25) при повреждениях на защищаемом присоединении. В последнем случае через трансформатор тока нулевой последовательности проходит емкостный ток всей сети, за исключением тока обусловленного емкостью данной линии.

Таким образом, необходимо определить емкостный ток сети, кроме  линии W2 и емкостный ток линии W2.

Определим ориентировочное  сечение КЛ W2:

Для кабеля с алюминиевыми жилами при 5000>T_max>3000 ч. Экономическая плотность тока j_э=1,4.

 

Определим емкостный  ток линии W1. Для сечения S_W1=16 мм² при напряжении 10 кВ емкостный ток однофазного короткого замыкания составит I_С0=0.55 А/км.

Тогда емкостный ток  линии W1 определится:

I_CW1=l_w1∙I_С0=0,6×0,55=0,33А.

Ток срабатывания защиты:

I_ср.з=К_з∙К_БР∙I_СW1=1,2∙2∙0,33=0,792 А.

Где для надежной отстройки  от броска емкостного тока примем коэффициент  броска К_БР=2, а коэффициент запаса К_З=1,2

Для выполнения защиты используем реле тока РТЗ–51 и трансформатор тока нулевой последовательности ТЗЛ У3; так же применяем указательное реле указательное реле РУ–21.