Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

КР 10.110302.1840.ПЗ

Введение.

Расчет релейной защиты и автоматики является  одной из важных частей расчета  электроснабжения промышленного  предприятия . Основной задачей релейной защиты является выявление места возникновения  коротких замыканий и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части сети . Данное свойство релейной защиты позволяет предотвратить разрушение  токопроводящих частей электрических аппаратов а также  позволяет избежать поражение электрическим током эксплуатационного  персонала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

на курсовую работу по дисциплине «Релейная защита и автоматика элементов  систем электроснабжения»

система
напряжение мощность короткого замыкания Sк длина питающей ЛЭП ВЛ1 (ВЛ2)	220 кВ 1500 МВА 32 км
главная понизительная  подстанция (ГПП)
напряжение тип и мощность трансформатора ГПП длина кабельной линии КЛ1 (КЛ2) мощность конденсаторной батареи  ККУ-6 кВ	6,3  кВ ТРДН-63000 кВА 2 км 130 квар
распределительный пункт (РП)
длина КЛ от электроустановки до РП тип привода выключателя максимальное время срабатывания защиты на РП тип и мощность трансформатора электродуговой печи   тип и мощность цехового трансформатора напряжение вторичное цеховых  трансформаторов тип и мощность высоковольтного  синхронного двигателя тип мощность низковольтных асинхронных  двигателей   мощность трансформатора КППТМРУ-б(10 кв)	200-500  м электромагнитный 0,5 с ЭТМПК-6300/10-72УЗ(4000 кВА) ТМЗ-1600/10 0,69 СТД-2500-2   4А200-S6 (30 кВт) 4A315S-4 (160 кВт) 1250 кВА

Преподаватель ________________      Д.А. Семенов

 

 

 

 

 

 

1. Задание  на курсовую работу 

 

 

Рис.1.1 Схема соединений системы  электроснабжения

Исходными данными для проектирования являются:

1) электрическая схема первичных соединений системы электроснабжения с указанием типов и мощностей электрооборудования, длин линий электропередач, номинальных напряжений и мощностей нагрузок (рис.1.1);

2) здание на курсовую работу  по дисциплине «Релейная защита  и автоматика элементов систем  электроснабжения».

  Курсовая работа должна содержать  следующие разделы.

1. Введение.

2. Расчет токов короткого замыкания.

3. Защита кабельной линии от  ГПП к РП.

4. Защита электродвигателя.

5. Защита силового транс

форматора.

6. Выбор трансформаторов тока для  релейной защиты.

В курсовой работе должны быть приведены  следующие схемы:

а) схема защиты кабельной линии;

б) схема защиты электродви-

гателя или конденсаторной установки;

в) полная схема защиты силового

трансформатора;

г) схема АВР секционного выключа-

теля с  кратким описанием работы.

 

2. ОБЩИЕ  ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ  РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

 

Расчет релейной защиты заключается  в выборе рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле, так и комплексных устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности, чувствительности.

На каждом участке в общем  случае должна устанавливаться основная и резервная защиты. При использовании защит со ступенчатыми характеристиками, их первые ступени выполняют функции основной. Резервной является только последняя ступень.

Расчет защит проводится начиная с наиболее удаленного от источника питания участка.

Устройства релейной защиты должны обеспечивать минимально-возможное  время отключения короткого замыкания (КЗ) в целях сохранения бесперебойной работы неповрежденной части системы и ограничения степени повреждения элемента системы.

 

3. РАСЧЕТ  ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

3.1. Расчет  токов короткого замыкания для  выбора параметров защит элементов  электрических сети

 

3.1.1.Расчет  токов короткого замыкания для  точки К1

 

Сопротивление системы бесконечной  мощности принимаем равным нулю. Определяем ток короткого замыкания I_к :

I_к =  U_c / (√3•Х_Σ),                                                                         (3.1)

где U_c - междуфазное напряжение на шинах системы; Х_Σ - результирующее сопротивление до точки КЗ.

Ток КЗ определяется по (3.1) при этом Х_Σ  рассчитывается с учетом сопротивления системы Х_сист.,  т.е.

Х_Σ = Х_сист. + Х_вн ,                                                                          (3.2)

где Х_вн - сопротивление цепи от системы до точки КЗ,

 Х_вн=L_лэп • X_лэп                                                                                                                  (3.3)

Система задана мощностью короткого  замыкания ( S_к ). В этом случае сопротивление системы определяется по выражению:

Х_сист. = U_c² / S_к ,                                                                                             (3.4)

 

Осуществляем  расчет, согласно приведенным формулам:

Х_сист. = U_c² / S_к= 220²/1500=32,27 Ом

Х_вн=L_лэп • X_лэп= 32•0,4=12,8 Ом

Х_Σ = Х_сист. + Х_вн=32,27 + 12,8 = 45,07 Ом

I_к =  U_c / ( •Х_Σ) = 220 / ( •45,07) = 2,82 кА

 

2. Расчет токов короткого замыкания для точки К2

Паспортные данные на силовой трансформатор ТМН 63000/230

 

Sном, МВА	Пределы регулиро-вания	Uном,кВ		Uкmin, %	Uкср, %	Uкmax, %	∆Рк, кВт	∆Рх, кВт	Ix, %
		ВН	НН
63	±16 %	230	6,3	8,82	10,5	12,18	245	35	0,5

 

Определяем сопротивления трансформатора с РПН, приведенные к регулируемой стороне ВН:

                Х_тр.ср = U_к.ср% •U²_ср.вн / (100• S_н.тр ) = 10,5•230² / 100•63=88,17 Ом                (3.5)

               Х_тр.мин = U_к.мин% •U²_мин.вн / (100 •S_н.тр ) = 8,82•193,2² / 100•63=52,26 Ом         (3.6)

              Х_{тр.макс} = U_к.макс% •U²_{макс.вн} / (100• S_н.тр ) = 12,18•266,8² / 100•63=137,62 Ом   (3.7)

где U_мин.вн и U_{макс.вн} определяем по выражениям:

U_мин.вн = U_ср.вн • (1 - DU_*РПН ) = 230• (1-0,16) = 193,2 кВ                        (3.8)

U_{макс.вн} = U_ср.вн • (1 + DU_*РПН ) = 230• (1+0,16) = 266,8 кВ                    (3.9)

 

где    U_ср.вн -среднее напряжение на стороне ВН, кВ (см. табл.3.1);

         S_н.тр - номинальная мощность трансформатора, МВА;

         DU_*РПН половина полного диапазона регулирования на стороне ВН трансформатора, о.е.

Т.к. напряжение U_{макс.вн} , рассчитанное по формуле (3.9), оказывается меньше наибольшего значения, указанного в табл.3.1, то следует принять это значение.

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 3.1. Номинальные, наибольшие и средние междуфазные

напряжения  электрических распределительных  сетей

Uном., кВ	Uмакс., кВ	Uср., кВ
0,66	0,69	0,69
6	7,2	6,3
220	252	230

 

Для выбора уставок релейной защиты понижающих трансформаторов с РПН I⁽³⁾_к.макс определяем по выражению:

I⁽³⁾_{к.макс.вн} = U_ном.вн / ( •(Х_{сист.мин} + Х_вл + Х_тр.мин )) ,                             (3.10)

I⁽³⁾_{к.макс.вн} = 230 / ( •(32,27 + 12,8 +52,26 )) = 1,36 кА

где I⁽³⁾_{к.макс.вн} - максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к ВН. U_ном.вн - номинальное междуфазное напряжение сети ВН (табл.3.1).

Приведение I⁽³⁾_к.макс к нерегулируемой стороне НН осуществляем по минимальному коэффициенту трансформации, соответствующему тому же крайнему положению РПН, при котором вычисляется этот ток:

I⁽³⁾_{к.макс.нн} = I⁽³⁾_{к.макс.вн} •U_мин.вн / U_ном.нн ,                                                     (3.11)

I⁽³⁾_{к.макс.нн} = 1,36•193,2 / 6,3 =41,71 кА,

где I⁽³⁾_{к.макс.нн} - максимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к НН.

Минимальный ток короткого замыкания I⁽³⁾_к.мин вычисляем при наибольшем сопротивлении системы Х_{сист.макс} в минимальном ее режиме и наибольшем сопротивлении трансформатора, вычисленном по (3.7).

                      I⁽³⁾_{к.мин.вн} = U_ном.вн / (

•(Х_{сист.макс} + Х_вл + Х_{тр.макс} )) ,                            (3.12)

I⁽³⁾_{к.мин.вн} = 230/ ( •(32,27 + 12,8 + 137,62)) = 0,73 кА,

 

где I⁽³⁾_{к.мин.вн} - минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора , приведенный к ВН.

Приведение I⁽³⁾_{к.мин.вн} к нерегулируемой стороне НН осуществляем с помощью коэффициента трансформации, при котором вычисляется этот ток:

 

I⁽³⁾_{к.мин.нн} = I⁽³⁾_{к.мин.вн} •U_{макс.вн} / U_ном.нн ,                                                      (3.13)

I⁽³⁾_{к.мин.нн} = 0,73•266,8 / 6,3 = 30,91 кА,

где I⁽³⁾_{к.мин.нн} - минимальный ток трехфазного КЗ при коротком замыкании на шинах НН трансформатора, приведенный к НН. U_{макс.вн} - максимальное напряжение на ВН, рассчитанное по формуле (3.9), но не более, чем в табл.3.1.

Минимальный ток двухфзного КЗ I⁽²⁾_к.мин. упрощенно вычисляется по формуле:

I⁽²⁾_к.мин. = •I⁽³⁾_к.мин. /2.                                                                            (3.14)

Аналогичные расчёты делаются для второй линии.         

                                                      

3. Расчет токов короткого замыкания для точки К3

 

Расчет производим аналогично, согласно формулам 3.10 – 3.14, при этом сопротивления схемы складываются последовательно.

Определяем сопротивление КЛ.

Рассчитываем ток рабочий максимальный для синхронного двигателя СТД-2500-2:

 

I_{сд. раб. max} = P_{сд1 max} / •U_нн•cosφ = 2,5•10⁶ / •6•10³•0,9 = 267,61 А,      (3.15)

где P_{сд1 max} - нагрузка синхронного двигателя СТД-2500-2 (см. Таблица П2 с.28)

Рассчитываем ток рабочий максимальный для цехового трансформатора:

 

I_{цт. раб. max} = S_{цт1 max} /

•U_нн = 1,6•10⁶ / •0,69•10³= 1340,37 А,          (3.16)

где S_{цт1 max} - нагрузка синхронного двигателя СТД-2500-2 (см. Таблица П3 с.29)

Рассчитываем ток рабочий максимальный для кабельной линии:

 

I_{раб. max} = I_{сд. раб. max} + I_{цт. раб. max} =267,61+1340,37= 1607,98 А,       (3.17)

Рассчитываем сечение кабельной  линии по экономической плотности  тока для      Т_max= 3500 ч, следовательно экономическая плотность тока равна j_эк = 2,5 А/мм²

S = I_{раб. max} / j_эк = 1607,98 / 1,4 = 643,19 мм²,                                      (3.18)