Расчет уставок релейной защиты

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение             2

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ         
1. Характеристика объекта и потребителей электроэнергии  3
2. Исходные данные электроприемников     3
2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ        
1. Расчет электрических нагрузок      4
2. Выбор типа камер КСО-298       6
3. Конструкция камер КСО-298       6
4. Расчет токов короткого замыкания      10
5. Расчет и выбор защит подстанции      13

2.6          Что такое система релейной  защиты и автоматики (РЗА).                 14

2.6.1        Главные преимущества микропроцессорных систем

защиты и управления:                                                                                            14

2.6.2        Краткие характеристики устройств cерии SPAC                                15

2.6.3        Серия устройств микропроцессорной релейной защиты Мрзс-05    16

2.6.4        Краткие характеристики устройств cерии MiCOM                            18

2.6.5        Выбот релейной защиты                                                                        21

2.7           Выбор марок и сечений кабелей                                                           22

2.8          Описание принципиальной однолинейной  схемы                               23

               Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

    Системой  электроснабжения (СЭС) называют комплекс устройств для производства, передачи и распределения электрической энергии.

    Системы электроснабжения промышленных предприятий  обеспечивают электрической энергией промышленные потребители. Основными  потребителями являются электроприводы различных машин и механизмов, электрическое освещение, электрические нагревательные устройства.

    Работа  приёмников электроэнергии зависит  от её качества. Качество электроэнергии и, в частности, например, отклонение напряжения вызывает изменение скорости движения электроприводов, что в свою очередь вызывает уменьшение или увеличение производительности промышленных механизмов. При больших отклонениях скорости механизмов возможен брак выпускаемого продукта, снижение количества продукта и даже полное прекращение его производства.

    Главными показателями работы СЭС являются надёжность и бесперебойность электроснабжения. Для предотвращения  аварий в системе электроснабжения используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и автоматики (РЗА). Использование современных систем РЗА совместно с быстродействующими выключателями позволяет сократить время аварийного режима, снизить возможные повреждения и сократить время на последующее восстановление нормального электроснабжения.

    Темой дипломного проекта является «Распределительное устройство     6 кВ».

    Целью данной работы является решение ряда вопросов, связанных с проектированием  распределительного устройства:

• обеспечение надёжного и бесперебойного питания электроустановок
• обеспечение минимума затрат на монтаж и эксплуатацию электрооборудования
• обеспечение электробезопасности
• расчет нагрузок
• расчет токов короткого замыкания
• выбор электрооборудования
• построение принципиальной однолинейной схемы
• выполнение дипломного проекта в соответствии с требованиями ПУЭ.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ 

1.1. Характеристика объекта  и потребителей  электроэнергии 

     Распределительным устройством (РУ) называется электроустановка, предназначенная для приёма и  распределения энергии на одном  напряжении без преобразования и трансформации, содержащая коммутационные аппараты, устройства измерения защиты и автоматики.

     РУ 6 кВ проектируется для питания  картонно бумажного цеха №2 предприятия  ООО «Пермский картон». Электроприемники РУ 6 кВ относятся ко второй категории надежности электроснабжения. В эту группу входят электроприемники, перерыв в электроснабжении которых может привести к массовому недоотпуску продукции, простоям механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности большого числа городских и сельских жителей.

     Электроприемники  второй категории должны получать электроэнергию от двух независимых источников питания. При нарушении электроснабжения от одного из них допускается перерыв  электроснабжения на время, необходимое  для включения резервного питания действиями дежурного персонала или выездной бригады.

     Исходя  из категории надежности, электроснабжение РУ 6 кВ будет осуществляться от двухсекционного  распределительного устройства  6 кВ подстанции «Голованы» по двум взаимно  резервируемым кабельным линиям. Между секциями будет установлен секционный выключатель. Устройство автоматического включения резерва не требуется.

     Распределительное устройство будет выполнено на базе сборных камер одностороннего обслуживания КСО-298.

     В силовой цепи будут установлены вакуумные выключатели ВВ/TEL, шинные и линейные разъединители, заземляющие ножи.

     Релейная  защита будет выполнена на основе  реле серии Micom. 
 

2. Исходные  данные электроприемников.

     Технические данные электроприемников, необходимые  для расчетов занесены в таблицу 1.

Таблица 1 - Исходные данные электроприемников

      2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

      2.1. Расчет электрических  нагрузок

      Расчет  электрических нагрузок является важным этапом в создании схемы электроснабжения, так как он необходим для выбора оборудования распределительного устройства, кабелей, расчета уставок защит.

      Электрические нагрузки определяем методом «Коэффициента  максимума», так как этот метод  наиболее точен и удобен в использовании.

      1. Пользуясь исходными данными,  заносим в таблицу наименование, и технические данные электроприемников (ЭП) (количество, мощность, коэффициент использования Ки, коэффициент загрузки Кз и коэффициент мощности cosj для каждого электроприемника).

      2. Определяем установленную полную  мощность ЭП:

S_н = n × s_н,

где: S_н – полная мощность нескольких одинаковых ЭП, кВА;

      s_н – единичная мощность ЭП, кВА;

      n – количество одинаковых ЭП в группе.

КТП 1: S_н = 1 × 2500 = 2500 кВА

КТП 2: S_н = 1 × 1600 = 1600 кВА

КТП 3: S_н = 1 × 1600 = 1600 кВА

ВН 2:  S_н = 1 × 391 = 391 кВА

ТСН:  S_н = 1 × 25 = 25 кВА

      3. Находим среднюю полную мощность  группы ЭП:

S_c = S_н × К_и × К_з,

где:  S_c – средняя полная мощность нескольких одинаковых ЭП, кВА;

      К_и – коэффициент использования ЭП или группы ЭП;

      К_з – коэффициент загрузки.

КТП 1: S_с =2500 ×1 × 0.7= 1750 кВА

КТП 2: S_с = 1600 × 1 × 0.7 = 1120 кВА

КТП 3: S_с = 1600 × 1 × 0.7 = 1120 кВА

ВН 2:  S_с = 315 × 1 × 1 = 391 кВА

ТСН:  S_с = 25 ×1 × 0.7 = 18 кВА

      4. Рассчитываем суммарную среднюю  мощность:

SS_c = 1750 + 1120 + 1120 + 391 + 18 = 4399 кВА

      5. Находим суммарную среднюю мощность при питании от одного ввода:

SS_c × 2 = 4399 × 2 - 391= 8407 кВА

      6. Находим полную расчетную мощность:

S_p = S_c. = 4399 кВА

      7. Полная расчетная мощность при  питании от одного ввода: 

8407 кВА

      8. Находим расчетный ток:

Ip=S_p/(Ö3 × U_н)

где,  I_p – расчетный ток, А;

      U_н – номинальное напряжение сети, кВ.

I_p = 4399/(Ö3 × 6) = 423 А

       9. Находим расчетный ток при  питании от одного ввода:

I_p = 8407/(Ö3 × 6) = 809 А

     Результаты сводим в таблицу 2.

Таблица 2 - Расчет электрических нагрузок 

2.2. Выбор типа камер  КСО-298 для РУ-6 кВ. 

    Камеры  КСО-298 на напряжение 6(10) кВ предназначены  для распределительных устройств  переменного трехфазного тока частотой 50 герц с изолированной или заземленной через дугогасещий реактор нейтралью. Тип камер выбирается в зависимости от схемы соединения главных цепей.

    Выбраные  типы камер сведены в таблицу 3.

Таблица 3  - Типы камер КСО-298.  

2.3. Конструкция и  характеристистики  камер КСО-298

    Камера  представляет собой сварную металлоконструкцию из листовых гнутых профилей. Внутри размещена  аппаратура главных цепей, рукоятки приводов и аппаратов управления, реле защиты, управления, сигнализации. Приборы учета и измерения расположены с фасадной стороны камер КСО-298. Доступ в камеру обеспечивают две двери: верхняя - в зону высоковольтного выключателя, трансформатора напряжения или предохранителя, нижняя - в зону кабельных присоединений силового трансформатора или разъединителей. Между дверью с аппаратурой вспомогательных цепей и высоковольтным выключателем установлена съемная перегородка, предотвращающая доступ в зону высокого напряжения. В корпусе камеры имеются смотровые окна для обзора внутренней части камеры. В камерах КСО-298 имеется устройство для установки лампы внутреннего освещения (лампа накаливания 36 В), обеспечивающее возможность безопасной замены перегоревшей лампы без снятия напряжения. Сборные шины камер КСО имеют с фасада сетчатые или сплошные со смотровым окном ограждения. Все установленные в камере КСО аппараты и приборы, подлежащие заземлению, заземлены. Верхняя дверь, на которой установлены приборы вспомогательных цепей, заземлены гибким проводом. На фасаде камеры в нижней части имеется зажим заземления, предназначенный для присоединения к заземленному корпусу элементов, временно подлежащих заземлению. Каркас камеры непосредственно приваривается к металлическим заземленным конструкциям. Шины заземления (проводники) окрашены в черный цвет. Верхняя дверь является панелью, на которой смонтирована схема вспомогательных цепей. На фасаде размещена аппаратура, в основном, с задним присоединением проводов (реле защиты, управления, сигнализации, приборы учета и измерения). Приводы управления разъединителями в камерах с секционным выключателем  находятся на панели камеры. В камерах с кабельными вводами предусмотрена возможность концевой разделки одного или двух трехфазных кабелей сечением до 240 мм2, а также однофазных кабелей с пластмассовой изоляцией сечением до 500 мм2. Камеры КСО-298 имеют стационарное устройство для освещения фасада камер напряжением 220 В. Каналом для магистральных шинок оперативных цепей питания электромагнитов включения, цепей управления сигнализации служит короб, расположенный в средней части КСО-298. Кроме того, в коробе размещена выходная клеммная колодка для выполнения межкамерных соединений вспомогательных цепей. Во избежание ошибочных операций при обслуживании и ремонте в камерах выполнены следующие блокировки:

• блокировка, не допускающая включение и отключение линейных и шинных разъединителей;
• блокировка, не допускающая включение заземляющих ножей при включенных рабочих ножах разъединителя;
• электрическая блокировка, не допускающая включение высоковольтного выключателя при нахождении разъединителя в промежуточном положении; блокировка, не допускающая включение выключателя ввода при включенных заземляющих ножах заземления сборных шин.

Общий вид камеры КСО-298 показан на рисунке 1. 

Рисунок 1- Общий  вид камеры КСО-298.

1 – сборные  шины; 2 – шинный разъединитель; 3- защитный экран; 4 – вакуумный  выключатель ВВ/TEL; 5 – трансформаторы тока; 6 – блокиратор; 7 – приводы разъединителей; 8 – линейный разъединитель; 9 – клеммник; 10 – трансформатор тока нулевой последовательности. 

Структура условного  обозначения камер:

КСО-298-Х-ХХ:

КСО - камера сборная  одностороннего обслуживания;

2 - модификация; 

98 - год разработки;

Х - обозначение  схемы исполнения главных цепей;

ХХ - климатическое  исполнение (У, УХЛ) и категория размещения

(3; 4) по ГОСТ 15150-69 и ГОСТ 15543.1-89.

Таблица 4 - Технические характеристики камер  КСО-298 

В ячейках КСО-298 применены вакуумные выключатели      

  ВВ/TEL-10-12,5/630-У2 и ВВ/TEL-10-12,5/630-У2

Структура условного  обозначения выключателей:

      ВВ  – выключатель вакуумный

      TEL – обозначение производителя

      10 – номинальное напряжение

      12,5 – номинальный ток отключения

      630 – номинальный рабочий ток

Вакуумные выключатели  ВВ/TEL предназначены для эксплуатации в сетях трехфазного переменного  тока частотой 50 Гц номинальным напряжением  до 10 кВ с изолированной и компенсированной нейтралью в нормальных и аварийных режимах.

Выключатели ВВ/TEL применяются в ячейках КРУ  внутренней и наружной установки, а  также в камерах КСО, как при  новом строительстве, так и при  замене выключателей прежних лет  выпуска.

Вакуумные выключатели  ВВ/ТЕL-10-20/1000 общепромышленного исполнения рассчитаны на коммутационный ресурс — 50 000 циклов “ВО” при номинальном токе, механический ресурс привода при этом составляет 150 000 циклов “ВО”, а выключатели для частых коммутаций, ориентированные на работу в электротермических установках выдерживают 100 000 циклов “ВО” при номинальном токе. При этом все выключатели имеют ресурс 100 циклов “ВО” или 150 операций отключения при номинальном токе отключения 20 кА. 
 
 
 

Достоинствами выключателя ВВ/TEL являются:

• простая конструкция привода с магнитной защелкой и высокая надежность в работе;
• большой коммутационный и механический ресурсы;
• малые габариты и вес;
• работа в любом пространственном положении;
• удобство установки во все типы КРУ и КСО;
• малое потребление тока при включении и отключении;
• возможность управления по цепям постоянного и переменного оперативного тока;
• защищенность основных узлов от дуговых и механических воздействий;
• не требует регулировок в течение всего срока службы;
• низкая трудоемкость производства;
• умеренная цена.

  Таблица 5 - Основные технические характеристики выключателей ВВ/TEL

2.4. Расчет токов короткого  замыкания в сети

    При проектировании системы электроснабжения учитываются не только нормальные продолжительные  режимы работы электроустановок, но и их аварийные режимы. Одним из таких режимов является короткое замыкание.

Коротким замыканием (КЗ) называют всякое случайное или  преднамеренное, не предусмотренное  нормальным режимом работы, электрическое  соединение различных точек электроустановки между собой и землей, при котором токи в ветвях электроустановки резко возрастают, превышая наибольший допустимый ток длительного режима.

Расчет токов  КЗ в системе электроснабжения промышленных предприятий производится упрощенным способом с рядом допущений:

• считают, что трехфазная система является симметричной
• не учитывают насыщение магнитных систем, т. е. считают, что индуктивные сопротивления в процессе КЗ не изменяются
• принимают, что фазы всех источников ЭДС не изменяются в процессе КЗ
• напряжение на шинах источника принимают неизменным
• апериодическая составляющая тока КЗ не подсчитывается, так как длительность КЗ в удаленных точках превышает 0,15 с, а апериодическая составляющая за это время затухает.