Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий

Выбираю кабель с бумажной изоляцией  и алюминиевыми жилами:

S_ст = 700 мм², x₀ = 0,27 Ом/км, r_о = 0,05 Ом/км.

Рассчитываем активное и реактивное сопротивления КЛ:

           Z_кл1 = Z_кл2 = L_кл×(r_o + jx_o) = 2×(0,27+0,05) = 0,54+j0,1 Ом,                         (3.19)

Приводим сопротивления КЛ к  ВН:

                Z’_кл1 =  Z_кл1×U_minВН  / U_номНН = (0,1+j0,54)×(193,2/6)² = 103,86+559,89 Ом,  (3.20)

 

Рассчитываем полное минимальное  сопротивление КЛ:

     (3.21)

Рассчитываем максимальный ток  трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I⁽³⁾_{к.макс.вн} = 230 / ( •665,38) = 0,2 кА,

I⁽³⁾_{к.макс.нн} = 0,2•193,2 / 6 = 6,434 кА,

Приводим сопротивления КЛ к  НН:

Z’’_кл1 =  Z_кл1×U_maxВН  / U_номНН = (0,1+j0,54)×(266,8/6)² = 197,73+j1067,73 Ом,

Рассчитываем полное максимальное сопротивление КЛ:

  (3.22)

Рассчитываем минимальный ток  трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I⁽³⁾_{к.мин.вн} = 230/ ( •1181,72) = 0,113 кА,

I⁽³⁾_{к.мин.нн} = 0,113•266,8 / 6 = 5,003кА,

Аналогичные расчёты делаются для второй кабельной  линии.

 

4. Расчет токов короткого замыкания для точки К4

Паспортные данные на цеховый трансформатор ТМЗ 1600/6

Sном, МВА	Пределы регулиро-вания	Uном,кВ		Uкmin, %	Uкср, %	Uкmax, %	∆Рк, кВт	∆Рх, кВт	Ix, %
		ВН	НН
1,6	±2*2,5 %	6	0,69	5,23	5,5	5,78	16,5	2,65	1,0

 

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

Х_тр.ср3 = U_к.ср% •U²_ср.вн / (100• S_н.тр ) = 5,5•6² / 100•1,6=1,24 Ом                 (3.23)

 

Х_тр.мин3 = U_к.мин% •U²_мин.вн / (100 •S_н.тр ) = 5,23•5,7² / 100•1,6=1,06 Ом       (3.24)

 

Х_{тр.макс3} = U_к.макс% •U²_{макс.вн} / (100• S_н.тр ) = 5,78•6,3² / 100•1,6=1,43 Ом   (3.25)

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

 

U_мин.вн = U_ср.вн • (1 - DU_*РПН ) = 6• (1-0,05) = 5,7 кВ                            (3.26)

U_{макс.вн} = U_ср.вн • (1 + DU_*РПН ) = 6• (1+0,05) = 6,3 кВ                        (3.26)

Расчет производим аналогично, согласно формулам 3.10 – 3.19, при этом сопротивления схемы складываются последовательно.

Нагрузкой для этой части схемы является низковольтный асинхронный двигатель 4А200S-6,

U_ном = 660 кВ, Р_ном = 30 кВт, I_п/I_ном = 7,  cosφ = 0,91, n_ном = 1000 об/мин.

Определяем сопротивления КЛ:

                I_{раб. max}=I_{ном дв} = P_ном / •U_нн•cosφ = 30 / ( •0,66•0,91) = 28,87 А,   (3.27) 

S = I_{раб. max} / j_эк = 28,87 / 1,4 = 20,62 мм²,

S_ном = 25 мм², x₀ = 0,316 Ом/км, r_о = 1,38  Ом/км.

Рассчитываем активное и реактивное сопротивления КЛ:

X_кл = L_кл • x₀ = 0,2 • 0,316 = 0,0632 Ом,

R_кл = L_кл • r_о = 0,2• 1,38 = 0,276 Ом,

Приводим сопротивления КЛ к  ВН:

X_клВН3 = X_кл • (U_мин.вн / U_ном.нн)² = 0,0632 • (5,7 / 0,66)² = 4,71 Ом,

R_клВН3 = R_кл • (U_{мин.ввн} / U_ном.нн)² = 0,276 •(5,7 / 0,66)² = 20,6 Ом,

 

Рассчитываем полное минимальное  сопротивление КЛ:

Рассчитываем максимальный ток  трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I⁽³⁾_{к.макс.вн} = 6 / ( •105,14) = 0,033 кА,

I⁽³⁾_{к.макс.нн} = 0,033 •5,7 / 0,66 = 0,285 кА,

Приводим сопротивления КЛ к  НН:

X_клВН3 = X_кл • (U_{макс.вн} / U_ном.нн)² = 0,0632• (6,3 / 0,66)² = 5,76  Ом,

R_клВН3 = R_кл • (U_{макс.вн} / U_ном.нн)² = 0,276 •(6,3 / 0,66)² = 25,15 Ом,

Рассчитываем полное максимальное сопротивление КЛ:

 

Рассчитываем минимальный ток  трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I⁽³⁾_{к.мин.вн} = 6/ ( •107,05) = 0,032 кА,

I⁽³⁾_{к.мин.нн} = 0,032 •6,3 / 0,66 = 0,309 кА.

Нагрузкой для этой части схемы является низковольтный асинхронный двигатель 4А131S-4,

U_ном = 660 кВ, Р_ном = 160 кВт, I_п/I_ном = 7,  cosφ = 0,92, n_ном = 1500 об/мин.

Определяем сопротивления КЛ:

                    I_{раб. max}=I_{ном дв} = P_ном / •U_нн•cosφ = 160 / ( •0,66•0,92) = 152,31 А,   

S = I_{раб. max} / j_эк = 152,31 / 1,4 = 108,8 мм²,

S_ном = 120 мм², x₀ = 0,32 Ом/км, r_о = 0,27 Ом/км.

Рассчитываем активное и реактивное сопротивления КЛ:

X_кл = L_кл • x₀ = 0,2 • 0,32 = 0,064 Ом,

R_кл = L_кл • r_о = 0,2• 0,27 = 0,054 Ом,

Приводим сопротивления КЛ к  ВН:

X_клВН3 = X_кл • (U_мин.вн / U_ном.нн)² = 0,064 • (5,7 / 0,66)² = 4,77 Ом,

R_клВН3 = R_кл • (U_мин.вн / U_ном.нн)² = 0,054 •(5,7 / 0,66)² = 4,03  Ом,

Рассчитываем полное минимальное  сопротивление КЛ:

Рассчитываем максимальный ток  трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

I⁽³⁾_{к.макс.вн} = 6 / ( •103,24) = 0,034 кА,

I⁽³⁾_{к.макс.нн} = 0,034 •5,7 / 0,66 = 0,29 кА,

Приводим сопротивления КЛ к  НН:

X_клВН3 = X_кл • (U_{макс.вн} / U_ном.нн)² = 0,064• (6,3 / 0,66)² = 5,83 Ом,

R_клВН3 = R_кл • (U_{макс.вн} / U_ном.нн)² = 0,054 •(6,3 / 0,66)² = 4,92 Ом,

Рассчитываем полное максимальное сопротивление КЛ:

Рассчитываем минимальный ток  трехфазного КЗ при коротком замыкании, приведенный к ВН и к НН:

 

I⁽³⁾_{к.мин.вн} = 6/ ( •104,71) = 0,033 кА,

I⁽³⁾_{к.мин.нн} = 0,033 •6,3 / 0,66 = 0,316 кА.

Аналогичные расчёты делаются для второй кабельной линии.

Сведем  все расчетные данные в таблицу 3.2:

Т а б л и ц а 3.2. Токи короткого замыкания для точек К1, К2, К3 и К4

 

точки токи       кз кз	К1		К2		К3		К4
	ВН	НН	ВН	НН	ВН	НН	ВН	НН
I(3)кmax, кА	2,82	-	1,36	41,71	0,2	6,434	0,033	0,285
I(3)кmin, кА	2,82	-	0,73	30,91	0,113	5,03	0,032	0,309
I(2)кmin, кА	2,45	-	0,64	26,89	0,098	4,38	0,028	0,269
I(3)кmax, кА	2,82	-	1,36	41,71	0,2	6,434	0,034	0,29
I(3)кmin, кА	2,82	-	0,73	30,91	0,113	5,03	0,033	0,316
I(2)кmin, кА	2,45	-	0,64	26,89	0,098	4,38	0,029	0,275

 

 

4. РЕЛЕЙНАЯ  ЗАЩИТА ЛИНИЙ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

 

4.1. 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).

Ток срабатывания МТЗ I_сз определяется по выражению:

                      I_сз = I_{раб.макс}×К_отс×К_з/К_в = 1670,98×1,2×1,52/0,8 = 3809,83 А.                     (4.1)

      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/(1670,98 /6434 + 0,4)= 1,52,         (4.2)

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 л1} = К_отс • (К_з •I_{раб.макс.л2} + К^¢\_отс •I_{раб.макс.л1} )/ К_в ,                                (4.3)

                                       

                  I_{сз л1} = 1,2•(1,52  + 1,5) •1670,98 / 0,8 = 7569,54  А,

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 расчётный принимается наибольший ток срабатывания защиты, полученный по выражениям (4.1) и (4.3). Принимаю I_{сз л1} = 7569,54 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,                                                      (4.4)

 

где  t_{сз пред.} - время срабатывания предыдущей защиты т.е. максимальное время срабатывания защиты на РП (см. задание);

       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 • к_сх ,                                                                                   (4.5)

где I⁽²⁾_к.мин - ток двухфазного КЗ в конце защищаемого участка сети в минимальном режиме (×)3;

       к_сх – коэффициент схемы, К_ч  должен быть не менее 1,5 (ПУЭ).

для однорелейной схемы к_сх = ,

для двухрелейной схемы к_сх = 1

       К_ч  должен быть не менее 1,5 (ПУЭ). 

Принимаем к расчету однорелейную схему:

К_ч = I⁽²⁾_к.мин / I_сз • к_сх = 4376 /(7569,54 • ) =1 < 1,5

Не принимаем  токовую отсечку без выдержки времени, т.к. коэффициент чувствительности больше допустимого значения.

Рассчитываем  ток срабатывания ТО:

I_сз = I_{к max нн (•)3}• к_отс = 6434  • 1,5 = 9,65 кА,                       (4.6)

где  к_отс  - коэффициент отстройки для ТО без выдержки времени, выбирается в зависимости от типа применяемого реле (для РТ-80 К_отс=1,5-1,6).

Рассчитываем  коэффициент чувствительности по (4.5):

К_ч = I⁽²⁾_к.max / I_сз • к_сх = 41,71 / 9,65 • = 2,5 >1,2

Рассчитываем  ток срабатывания реле:

I_ср = I_сз• к_сх / к_т = 9650 • /360 = 46,37 А,                       (4.7)

где к_т – коэффициент трансформации трансформатора (1800/5 = 360).

 

 

 

 

 

 

 

 

5. РЕЛЕЙНАЯ  ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ 

 

5.1. Защита асинхронных  и синхронных электродвигателей  выше

1000В.

Для защиты электродвигателей мощностью  до 5000 кВт от междуфазных к.з. применяются токовые отсечки (ТО). Ток срабатывания ТО выбирается из условий отстройки от периодической составляющей пусковых токов [2].

I_сз=K_отс·I_пуск=1,8·1711,2 =3080,16 А,                                                (5.1)

где: I_пуск - пусковой ток двигателя (берется из справочника);

К_отс - коэффициент отстройки (K_отс = l,8 при выполнении ТО с реле РТ-40, K_omc=2,0 при выполнении ТО с реле РТ-80, РТМ).

Продольная дифференциальная защита устанавливается на электродвигателях мощностью Р_д≥ 5000 кВт и менее, если токовая отсечка

оказывается     недостаточно чувствительной.     Для     упрощения     защита

выполняется   двухфазной.   В трехфазном   исполнении   она   рекомендуется только      если     двигатели мощностью      Р_д ≥ 5000      кВт     не      имеют

быстродействующей защиты  от замыкания  на землю.   Ток  срабатывания дифференциальной защиты принимается равным:

I_сз=K_отсдз·I_ном.дв =1,4·276=386,4   А,                                                      (5.2)