Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий

 

9. Определяется число витков обмоток неосновной стороны защищаемого трансформатора:

       w_расч = w_осн•I_осн.2 / I₂ = 5·4,8/4,57 = 5,25 ,                                         (6.13)

где I_осн.2 , I₂ - токи в плечах дифзащиты для основной и неосновной сторон, рассчитанные по (6.2)

Принимается ближайшее целое число  витков w_ф = 5.

10. Определяется первичный уточненный  ток небаланса I_{нб.расч} с учетом составляющей I^```_{нб.расч} по (6.4):

I^```_{нб.расч} = ( w_расч - w_ф )•I_к.макс /w_расч = (5,25-5)·41710/5,25 = 1986,19 А,

I_{нб.расч} = I^`_{нб.расч} + I^``_{нб.расч} + I^```_{нб.расч} = 4171 + 6674 +1986,19= 12831,19 А.

11. Определяется ток срабатывания  защиты по уточненному значению  тока небаланса по (6.3).

I_сз = К_отс•I_{нб.расч} =  1,3 •12831,19 = 16680,55 А,

12. Определяется коэффициент чувствительности  защиты по (6.10), который должен  удовлетворять требованиям ПУЭ:

  I_ср.осн = I_cp·К⁽³⁾_сх / К_I =16680,95 ·

/1200 = 8,03 А,

  w_{осн.расч.} = F_ср / I_ср.осн  = 100/8,03 = 12,45 ,

w_осн= 12,

w_расч = w_осн•I_осн.2 / I₂ = 12·4,8/4,57 = 12,6,

w_ф = 12

I^```_{нб.расч} = ( w_расч - w_ф )•I_к.макс /w_расч = (12,6-12)·41710/12,6 = 1986,19 А,

I_{нб.расч} = I^`_{нб.расч} + I^``_{нб.расч} + I^```_{нб.расч} = 4171 + 6674 +1986,19= 12831,19 А.

I_сз = К_отс•I_{нб.расч} =  1,3 •12831,19 = 16680,55 А,

К_ч = I⁽³⁾_к.мин •

/I_сз  = 26890 • /16680,55  = 2,79 > 2,

Коэффициент чувствительности по требованиям ПУЭ  проходит.

I_ср = I_сз·K_сх /К_I = 16680,55·

/1200 =24,05 А.

 

6.2. Защита  от токов, обусловленных внешними  короткими замыканиями

 

На трансформаторах мощностью  менее 1 МВА в качестве защиты от токов, обусловленных внешними КЗ, должна быть предусмотрена действующая на отключение максимальная токовая защита (МТЗ).

 

6.2.1. Максимальная  токовая защита

 

Защита  выполняется на реле тока типа РТ – 40 и реле времени РВ-235 с диапазоном уставок 0,5¸9 с.

Рассчитываем  номинальный ток:

I_ном = S_ном / •U_ном = 63000 / •230 = 158,33 А,

Рассчитываем  ток рабочий максимальный:

I_{раб. max}  = 1,4• I_ном = 1,4•158,33= 221,66  А,

Берётся трансформатор тока ТВД – 35 МКП  с коэффициентом трансформации 30(150/5).

Ток срабатывания защиты:

I_сз = К_отс•К_з•I_{раб.макс} / К_в ,                                                                         (6.14)

I_сз = 1,2•1,52•221,66 / 0,85 = 475,66 А,

где I_{раб.макс} - значение максимального рабочего тока в месте установки защиты;

      К_з - коэффициент, учитывающий увеличение тока в условиях самозапуска электродвигателей (согласно формуле 4.2)

Значение коэффициента чувствительности для МТЗ должно быть не менее 1,5 при  КЗ в основной зоне и примерно 1,2 при КЗ в зоне резервирования. Время срабатывания МТЗ не должно превышать 3с для трансформаторов с U_ВН ³ 110 кВ и 4с с U_ВН < 110 кВ.

Коэффициент чувствительности защиты при КЗ в основной зоне:

К_ч^осн =1,5·I⁽³⁾_{к.мин(·)2} • к_сх / I_сз =640• /475,66  = 2,33                                      

Условие выполняется.

I_ср = I_сз·K_сх /К_I = 475,66·

/60 =13,72 А.

Время срабатывания защиты:

 

6.3. Защита  от токов в обмотках, обусловленных  перегрузкой

 

Рассчитываем  номинальный ток:

I_ном = S_ном / •U_ном = 63000/ •230 =158,33 А,

Ток срабатывания защиты от перегрузки:

I_сз = К_отс•I_н / К_в = 1,05• 158,33 / 0,85 = 195,58 А,                                  (6.15)

 

где I_н - номинальный ток обмотки трансформатора с учетом регулирования напряжения, на стороне которой установлено реле;

       К_отс - принимается равным 1,05.

Реле защиты присоединяется к трансформатору тока, на котором установлена МТЗ.

I_ср = I_сз·K_сх /К_I = 195,58·

/60 =5,64 А.

Как правило, выдержка времени защиты от перегрузки берется на ступень  селективности больше выдержки времени МТЗ, поэтому при установке защиты на стороне высокого напряжения трансформатора получаем:

где t_c.з.МТЗ – время срабатывания МТЗ, установленной на стороне высокого напряжения трансформатора (t_c.з.МТЗ = 2,4 с);

 – ступень селективности,  принимается равной 0,5 с.

Защита от перегрузки устанавливается  в одной фазе и действует на сигнал.

 

 

6.4. Газовая  защита

 

Газовая защита основана на использовании  явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Установка реле газовой защиты трансформатора показана на рис. 3:

 

Рисунок 2. Газовая защита

 

Основным элементом газовой  защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое  в маслопроводе между баком и  расширителем (рис. 6, а). Ранее выпускалось поплавковое газовое реле ПГ-22. Более совершенно реле РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рис. 6, б).

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек вращающихся  вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с  неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке. Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения, установленного на реле. Предусмотрены три уставки срабатывания отключающего элементы по скорости потока масла: 0,6–0,9; 1,2 м/с. При этом время срабатывания реле составляет t_с.р.=0,05…0,5 с. Уставка по скорости потока масла определяется мощностью и характером охлаждения трансформатора.

В нашей стране широко используется газовое реле с двумя шарообразными  пластмассовыми поплавками типа BF80/Q. Реле имеет некоторые конструктивные особенности. Однако принцип действия его такой же, как и других газовых реле.

Достоинства газовой защиты: высокая  чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно небольшое время срабатывания; простота выполнения, а также способность защищать трансформатор при недопустимом понижении уровня масла по любым причинам. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основной из которых – нереагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформатором и выключателями. Защита может подействовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора, что может быть, например, при доливке масла, после ремонта системы охлаждения и др. Возможны также ложные срабатывания защиты на трансформаторах, установленных в районах, подверженных землетрясениям. В таких случаях допускается возможность перевода действия отключающего элемента на сигнал. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

Необходимо также отметить, что  начальная стадия виткового замыкания  может и не сопровождаться появлением дуги и газообразованием. В таком  случае газовая защита не действует, и витковые замыкания в трансформаторе могут длительно оставаться незамеченными. Можно создать защиту, позволяющую обнаружить витковые замыкания в начальной стадии и при отсутствии газообразования. Одна из таких защит основана на изменении пространственного распределения поля рассеяния обмоток.

Как уже было выше сказано, газовая  защита обязательна для трансформаторов  мощностью S_ном>6300 кВА. Допускается устанавливать газовую защиту и на трансформаторах меньшей мощности. Для внутрицеховых подстанций газовую защиту следует устанавливать на понижающих трансформаторах практически любой мощности, допускающих это по конструкции, независимо от наличия другой быстродействующей защиты.

 

 

 

 

 

 

 

7.Расчёт защиты трансформатора кремниевой преобразовательной

установки.

 

7.1.Токовая  отсечка

 

Ток срабатывания неселективной отсечки, устанавливаемой для быстродействующей  защиты всей линии, выбирают по выражению:

80,67 кА

 

7.2.Токовая  защита от перегрузки.

 

Для защиты трансформатора КПП от сверхтоков перегрузки применяется  максимальная токовая защита в двухфазном трёхрелейном исполнении. Защита имеет выдержку времени порядка 9 с. и отключает КПП при действующем значении тока, превышающим 1,3*I_{Т.ЭП.НОМ.}

I_С.З.=1,3*I_{Т.ЭП.НОМ}=1,3*S_Н/U_Н=1,3*1250/6,3=257,94 А

 

7.3. Защита  от замыканий на землю  в  сети 6 кВ.

 

Для защиты трансформаторов кремниевой преобразовательной установки от замыканий на землю предусматривается максимальная токовая защита с действием на отключение без выдержки времени.

Защита не должна  срабатывать  при внешних замыканиях на землю  под воздействием собственного  емкостного тока  линии I_С , обусловленного суммарной ёмкостью защищаемого присоединения :

;

где К_ОТС -коэффициент отстройки . К_ОТС=1,1…1,2.

К_БР- коэффициент учитывающий бросок емкостного тока , который принимают равным 4,5.

I_C –среднее значение емкостного тока на 1км линии , берутся из таблицы 9 [1]

ААБ 3*50,   А

А

Собственные ёмкостные токи аппаратуры , питаемой  рассматриваемой линией , можно учесть увеличением I_СЗ на 20%.

А.

Ток срабатывания защиты должен быть не менее минимального первичного тока срабатывания защиты :

;

Минимальное значение первичного тока срабатывания защиты с реле РТ-40/0,2 равняется 

.

Чувствительность  защиты

;

I’_C-наименьшее реальное значение емкостного тока сети .

 

7.4. Газовая  защита и температурная сигнализация.

 

Газовая защита трансформатора кремниевой преобразовательной установки, выполняется аналогично газовой защите силовых трансформаторов на ГПП.

Температурная сигнализация срабатывает  при повышении температуры в  баке трансформатора, что происходит в результате его перегрузки. Устанавливается на трансформаторах, к которым есть свободный доступ обслуживающего персонала. Или выполняется в качестве тепловых реле, которые отключают трансформатор при превышении его максимально допустимой температуры.

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

В результате расчета  были выбраны средства релейной защиты трансформаторов ГПП, двигателей 10кВ, 0,69кВ и трансформатора кремниевой преобразовательной установки. Были определены  токи срабатывания  реле, чувствительность которых удовлетворяет нормам, что  позволит защитить эти элементы от аварийных и ненормальных режимов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Правила устройства электроустановок. /Минэнерго СССР, -6-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1986 -648с.

2. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. -Л.: Энергоатомиздат, 1985, -296с.

3. Руководящие указания по релейной  защите. Расчет токов короткого  замыкания для релейной защиты  и системной автоматики. -М.: Энергия, 1979, -150с.

4. Руководящие указания по релейной  защите. Релейная защита понижающих  трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ. Расчеты. -М.: Энергоатомиздат, 1985, -96с.

5. Андреев В.А. Релейная защита  и автоматика систем электроснабжения. -М.: Высш. шк., 1991. -496с.

6. Реле защиты. /Под ред. В.С. Алексеева  и др. -М.: Энергия, 1976. -464с.

7. Беркович М.А. и др. Основы автоматики  энергосистем. -М.: Энергоатомиздат, 1981, -432с.

8. Королёв Е.П., Либерзон Э.М. Расчёты допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. – М.: Энергия, 1980.