Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Релейная защита. 4

Задание

на курсовой проект по дисциплине “Релейная защита и автоматика систем электроснабжения”

студенту гр. ЗЭСу-109 Козлову Михаилу Юрьевичу

вариант 3

Для системы электроснабжения в соответствии с номером варианта необходимо выполнить следующее.

Дать краткую характеристику системы с указанием назначения ее основных элементов.
Произвести расчет сечений и выбор проводников следующих линий:

W1, W2, W3, W4

Произвести расчет основных параметров следующих защит: АК1, АК3, АК5 – на постоянном оперативном токе с независимой временно-токовой характеристикой. Все проектируемые защиты 2-х ступенчатые 1-ст – токовая отсечка без выдержки времени; 2-ст – мгновенная токозащита (МТЗ).
Разработать принципиальные схемы перечисленных защит.
Оформить работу аналитического характера, а также расчеты и комментарии к ним в виде пояснительной записки.

Исходные данные для выполнения курсового проекта.

Типы и параметры трансформаторов Т1, Т2 (марка: ТДТН, Sн=10МВА, u_к._В_-_С=10,5%; u_к._В_-_Н =17%; u_к._С_-_Н =6%), Т3, T4, T5, T6 (марка: ТМ, Sн=160kВА, u_к.=4,6%).
Типы и параметры линий: W1 = 7км, W2 = 5км, W3 = 2км; W4 = 1км.
Типы и параметры электродвигателей: М1 (тип: асинхронный, U=10кВ.; cosφ=0,8; Р=600кВт); М2 (тип: асинхронный, U=10кВ.; cosφ=0,8; Р=1600кВт)
Характер нагрузки линий и трансформаторов: T3, T4, T5, T6, T,8 – нагрузка бытовая; W4, W8 – нагрузка промышленно-обобщенная (с долей нагрузки <50%)
Сопротивление системы: х_с_и_с_т_.=0,7.

Дата выдачи задания:

Срок сдачи курсового проекта:

Руководитель проекта: Шахнин Вадим Анатольевич.

СОДЕРЖАНИЕ.
	стр.
Предпроэктный анализ системы
электроснабжения промышленного
Предприятия	4-5
Выбор сечений проводов и кабелей.	6-7
Выбор сечения проводов линии W5 напряжением 35 кВ методом экономических токовых интервалов.	6
Выбор сечения проводов линии W6 напряжением 35 кВ методом экономической плотности тока.	6
Выбор сечения жил трехфазного кабеля W7 10 кВ.	7
Расчет релейных защит.	8-14
Расчет максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени ВЛ
35кВ.	8-14
2.1.1 Расчет токовой отсечки.	15


ЗАКЛЮЧЕНИЕ.	16
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.	17

ПРЕДПРОЕКТНЫЙ АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ.

Электроснабжение промышленных предприятий обычно осуществляется питающими линиями 10(6) кВ от распределительных устройств того же напряжения электростанций или крупных подстанций. Применяется также питание от указанных источников, но по линиям более высокого напряжения (35-220 кВ). В данном курсовом проекте реализована сеть электроснабжения напряжением 110/35 кВ. Соответствующая схема приведена на рис. 1. В первом случае на предприятие вводят питающие линии от центров питания до главных понизительных подстанций (ГПП) или центральных распределительных пунктов (ЦРП). Распределительные сети 10(6) кВ связывают ГПП и ЦРП с распределительными пунктами, цеховыми понизительными или преобразовательными подстанциями (ТП, ПП) и крупными электроприемниками.

Кабельные распределительные сети 6 и 10 кВ промышленного предприятия обычно состоят из радиальных линий. Надежность электроснабжения ответственных электроприемников обеспечивается за счет питания от двух независимых источников или от двух систем шин (секций) одного источника и применения устройств автоматического включения резерва. Параллельная работа предусматривается обычно только для питающих линий.

Защита одиночных линий 35-110 кВ с односторонним питанием от междуфазных к.з. обычно осуществляется токовыми защитами со ступенчатым характером выдержек времени. На каждом участке защищаемой сети в общем случае предполагается установка трехступенчатой токовой защиты:

первая ступень — это отсечка без выдержки времени;
вторая ступень — отсечка с выдержкой времени;
третья ступень — максимальная токовая защита.

Ступени защиты целесообразно выполнять селективными.

Релейная защита кабельных линий 10(6) кВ со стороны источников питания от однофазных замыканий на землю выполняется групповой или индивидуальной, как правило, с действием на сигнал для указания оперативному дежурному персоналу направления для дальнейшего поиска места к.з. Защита от многофазных к.з. со стороны источников имеет двухфазное исполнение и, как правило, выполняется двухрелейной. При наличии в питаемой сети трансформаторов со схемой соединения обмоток ∆/Y-11 применяется трехрелейная защита. В последнем случае повышается чувствительность защиты к двухфазным к.з. за трансформаторами . Однорелейные схемы сейчас не применяются. Защита от многофазных к.з. обычно одноступенчатая максимальная токовая. Токовые отсечки применяются только на нереактированных линиях. Максимальная токовая защита выполняется с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени. В первом случае применяются реле тока типа РТ-40 и реле времени РВ, а во втором реле тока РТ-80 или РТВ .

Защита силовых трансформаторов должна срабатывать при возникновении повреждений и ненормальных режимов следующих видов: при многофазных замыканиях в обмотках и на выводах; при межвитковых замыканиях обмоток одной фазы и замыканиях на землю; при внешних к.з.; при недопустимых перегрузках; при недопустимом снижении уровня масла.

К числу наиболее распространенных защит относятся токовые отсечки (в том числе дифференциальные); максимальные токовые защиты с пуском по напряжению и без него; дифференциальные (продольные) токовые защиты с торможением и без него; газовая защита.

Трансформаторы малой мощности до 750 кВА при напряжении 10 кВ и до 3200 кВА при напряжении 35 кВ тупиковых и цеховых подстанций, могут защищаться от внутренних к.з. с помощью предохранителей. Однако в этом случае из-за нестабильности защитных характеристик последних возможны недопустимые задержки отключения и сложности согласования с защитами смежных участков.

Защита электродвигателей с напряжением питания 10(6) кВ должна обеспечивать отключение двигателей при многофазных к.з. в обмотке статора, при однофазных к.з. на землю, при недопустимых перегрузках, а также предотвращать переход синхронных двигателей в асинхронный режим. Кроме того, в ряде случаев предусматривается защита от потери питания.

Для защиты двигателей от многофазных к.з. при мощности менее 2 МВт и отсутствии плавких предохранителей должна использоваться токовая однорелейная отсечка без выдержки времени, отстроенная от пусковых токов с реле прямого или косвенного действия.

Защита двигателей от однофазных к.з. обмотки статора на землю устанавливается на двигателях мощностью менее 2 МВт, если ток к.з. выше 10А, а на более мощных двигателях — если ток к.з. выше 5 А. Защита выполнятся с помощью токового реле, подключенного через фильтр токов нулевой последовательности.

Выбор сечений проводов и кабелей.

Выбор сечения проводов линии W5 напряжением 35 кВ методом экономической плотности тока.

Расчетный ток линии:

где:

- мощность, передаваемая по W5.

По таблице П2 [1] по заданному значению и с учетом климатической зоны (центр России) находим рекомендуемую экономическую плотность тока:

Приближенное экономическое сечение определяется по формуле:

Выбираем ближайшее стандартное значение сечения провода, равное 35 мм². Выбираем провод марки АС-35.

Выбор сечения проводов линии W6 напряжением 35 кВ методом экономической плотности тока.

Расчетный ток линии:

где:

- мощность, передаваемая по W6.

Приближенное экономическое сечение определяется по формуле:

Выбираем ближайшее стандартное значение сечения провода, равное 25 мм². Выбираем провод марки АС-25.

Выбор сечения жил трехфазного кабеля W7 10 кВ.

Определяем длительно допустимую токовую нагрузку:

где: - коэффициент перегрузки,

- коэффициент снижения.

По таблице П5 [1] для ближайшего большего длительно допустимого тока (75А.) находим рекомендуемую площадь поперечного сечения жилы кабеля – 16 мм².

Выбираем провод марки ААБ-3х16.

Расчет релейных защит.

Расчет максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени ВЛ 35кВ.

Исходными данными для расчета МТЗ являются схема линии и основные параметры: сопротивление питающей энергосистемы ; длина и тип проводов линии и ответвлений; параметры трансформаторов; тип и характеристики существующей токовой защиты.

Исходные данные приведены на рис.1.

Рис.1 Схема электрической сети 35кв.

Расчет ведется для МТЗ АК-9, установленной вначале линии ВЛ 35кВ и МТЗ АК-13.

Существующей защитой питающего трансформатора 110/35/10 кВ является МТЗ АК-2. Эта защита выбрана двухфазной двухрелейной с реле тока типа РТ-40, реле времени типа РВМ-12 и промежуточными реле типа РП-341 на переменном оперативном токе. (рис.2). Защитой трансформатора Т-7 является АК 13.защита так же выбрана двухфазной двухрелейной с реле тока типа РТ-40, реле времени типа РВМ-12 и промежуточными реле типа РП-341 на переменном оперативном токе, схема идентична.

Рис.1

Рис.2 Принципиальная схема МТЗ:

а) цепь переменного оперативного тока;

б) цепь реле времени РВМ-12;

в) цепь промежуточных реле РП-341.

Расчет ведется в следующем порядке. В первую очередь выбираются расчетные токи КЗ, электрически наиболее удаленные от питающей линии. Такими точками являются К₁ для АК-9 и К₂ для АК-13. Затем для токов КЗ определяются сопротивления участков линии. Необходимые для этого значения берутся из исходных данных и таблиц П9 и П10 [1].

Сопротивление системы, приведенное к напряжению 35 кВ, Принимаем равным 0,7 Ом (дано по условию)

- коэффициент трансформации.

Сопротивление трансформатора Т1:

На стороне 110 кВ, приведенное к напряжению линии:

где:

На стороне 35 кВ:

где:

Сопротивление трансформатора Т7:

Результаты расчета сопротивлений воздушных и кабельных линий сведем в

таблицу 1[2].

Таблица 1

Условное обозначение линии	Длина, км	Марка провода	Значение сопротивления
Условное обозначение линии	Длина, км	Марка провода	, Ом/км.	, Ом/км.	, Ом/км.	, Ом/км.	,Ом.	,Ом
W5	14	АС-35	0,773	-	0,4	0,4	10,822	5,6
W6	12	АС-25	1,146	-	0,4	0,4	13,752	4,8
W7	6	ААБ-3х16	1,94	0,113	0,4	0,513	11,64	3,078

Вычисляем суммарные сопротивления до расчетных точек КЗ:

К₁:

К₂:

Определяем ток при трехфазном КЗ:

К₁:

где

- ЭДС энергосистемы (принимается равным среднему номинальному напряжению сети);

К₂:

Вычисляем ток срабатывания защиты:

где: - коэффициент надежности (учитывает разброс токов срабатывания реле), равен 1,1-1,2 для реле типа РТ-40, РТ-80 или 1,2-1,4 для реле типа РТВ);

- коэффициент самозапуска определяется долей электродвигателей в суммарной нагрузке и их типами, (равен 1,2-1,3 для бытовой нагрузки, 2,0-3,0 для промышленной нагрузки преимущественно с двигателями напряжением 0,4 кВ., для промышленной нагрузки с высокой долей (более 50%) двигателей 3-10 кВ. равен 3,5-5);

- коэффициент возврата реле (равен 0,8-0,85 для реле типа РТ-40, РТ-80 или 0,6-0,7 для реле типа РТВ);

- максимальный рабочий ток линии, равный:

Аналогично находим максимальный рабочий ток линии трансформатора Т-7:

Таким образом, при использовании реле типа РТ-40, промышленной нагрузке без высоковольтных двигателей ток срабатывания защиты определяется по формуле:

Аналогично находим ток срабатывания защиты трансформатора Т-7:

Далее рассчитываем ток срабатывания реле РТ-40 по формуле:

;

-коэффициент схемы при несимметричном режиме (он показывает, во сколько раз ток в реле защиты больше, чем вторичный ток трансформатора тока). Для схем соединения Т.Т. в звезду =1.

Коэффициент трансформации принимается равным =600/5=120 (трансформатор типа ТВТ-35-1).[1, рис. П.15]

Т.о., ток срабатывания реле:

Аналогично находим ток срабатывание реле защиты трансформатора Т-7:

1. Проводится проверка чувствительности защиты с учетом действительной токовой погрешности трансформаторов тока после дешунтирования электромагнитов отключения YAT-1 и YAT-2. Коэффициент чувствительности определяется по выражению:

;

где -минимальное значение тока при двухфазном к.з. в конце защищаемого участка, А.;

;

Аналогично для защиты АК-13 (Т-7):

f – токовая погрешность трансформаторов тока при токе к.з., обеспечивающем надежное срабатывание защиты;

- ток срабатывания защиты;

- коэффициент возврата (для РТ-40 =0,83).

Для определения значения погрешности f воспользуемся графиком зависимости , приведенными на [1,рис. П12].

Обобщенный коэффициент А вычисляется по формуле:

;

где - это отношение максимального первичного тока при к.з. в начале защищаемой зоны к первичному номинальному току Т.Т.

;

Аналогично для Т-7:

Значение коэффициента определяется по расчетному сопротивлению нагрузки с использованием кривой предельной кратности Т.Т. [1] (рис. П15). В моем примере расчетное сопротивление нагрузки включает в себя переходное сопротивление контактов, сопротивление проводов, обмоток реле тока, реле времени, обмотки электромагнита отключения (рис.2). Сопротивление обмотки реле определяется по потребляемой мощности, которая указывается в каталогах и справочниках, и соответствующему ей току: . Для РТ-40 , для РВМ-12 и РП-341 . Сопротивление электромагнита отключения [1], (табл.П.18, с.169).

Переходное сопротивление контактов принимают обычно равным Сопротивление проводов можно определить по формуле: ; где - длина провода от Т.Т. до реле, м.; s – сечение провода, мм.²; - удельная проводимость .

=50м.; S=2,5мм.²; ; .

В соответствии с таблицей П.13 для схемы “неполная звезда” и двухфазного к.з. расчетное сопротивление нагрузки определяется по следующей формуле:

По графику (рис.П.15) находим значение , соответствующее нагрузке 3,609Ом., которое составляет приблизительно 3,4. Таким образом, А=2,365/3,4=0,7; что по графику [1, рис. П.12] дает значение погрешности около . В итоге определяем коэффициент чувствительности защиты:

Аналогично для защиты АК-13(Т-7)

т.е чувствительность защиты обеспечивается.

2. Проводится проверка Т.Т. на 10%-ную погрешность. Для этого используются кривые предельной кратности.

Расчетный ток выбирается на 10% превышающим ток срабатывания защиты, т.е. . Коэффициент предельной кратности определяется по формуле:

Аналогично определяем коэффициент предельной кратности для АК-13

По графику кривой предельной кратности для Т.Т. ТВТ-35-1 [1, рис. П.15] этим значениям К_10. соответствует нагрузка трансформатора: Ом., что существенно больше расчетного значения =3,609Ом. Следовательно, до и после дешунтирования ЭО погрешность Т.Т. не превышает 10%.

3. Проверка надежности работы контактов реле РТ-40 проводится в связи с тем, что при к.з. в начале защищаемой зоны резко повышается токовая погрешность и искажается форма кривой вторичного тока Т.Т. (становится несинусоидальной). Надежное замыкание контактов реле РТ-40 обеспечивается при токовой погрешности Т.Т.: . Таким образом, надежное замыкание контактов обеспечено.

4. Расчет напряжения на выводах вторичной обмотки Т.Т. при к.з. вначале защищаемой зоны, которое не должно превышать значений, при которых обеспечивается прочность изоляции.

Поверка на 10%-ную погрешность проводится по кривым предельной кратности, которые для Т.Т. типа ТВТ-35-1 приведены на рис. П15 [1]. Для реле РТ-40 значение расчетного тока I_1.расч. выбираются в среднем на 60% выше тока срабатывания защиты I_с.з.. Расчет предельной кратности производится по формуле:

Аналогично для АК-13:

Этим значениям на кривой предельной кратности (рис.П.15, [1]) соответствуют максимально допустимое сопротивление нагрузки Ом.

Расчетное сопротивление нагрузки: =3,609Ом., что меньше Ом.; следовательно, полная погрешность Т.Т. меньше 10%.

Проверка надежности замыкания контактов в силу конструктивных особенностей реле РТ-40 не производится.

Напряжение на выводах вторичной обмотки при к.з. вначале защищаемого участка определяется по формуле:

Полученное значение существенно ниже предельно допустимого значения

Значение для АК-13 так же удовлетворяет этому условию.

5. Проверяется возможность использования реле РП-341 по условию, что максимальное значение дешунтируемого тока электромагнита отключения I_2к.max. не превышает значение 150А:

;

Аналогично для АК-13:

т.е., применение реле РП-341 возможно.

6. Выбирается время срабатывания защиты линии и производится согласование ее характеристики с характеристикой защиты АК-13 трансформатора Т-7. Для построения карты селективности необходимо найти время срабатывания АК-13. Все данные занесены в нижеследующую таблицу:

Таблица 2.

	АК 2	АК 9	АК 13
I (А)	114	114	57
tсз (с)	1.4	0,7	0,7

Строим карту селективности (рис.3).

2.1.1 Расчет токовой отсечки.

Основной недостаток МТЗ заключается в относительно большой выдержки времени особенно у головных защит. Поэтому МТЗ особенно используют совместно с быстродействующей токовой защитой – отсечкой.

Токовые отсечки бывают без выдержки времени () и с небольшой выдержкой времени (0,3-0,5с.). Соответственно защиты бывают двухступенчатые и трехступенчатые. В данной работе производится расчет двухступенчатой защиты, т.е.:

1ступень: ТО без выдержки времени;

2 ступень: МТЗ.

Селективность ТО без выдержки времени обеспечивается правильным выбором тока срабатывания I_с.о.

;

К_о.т.с. – коэффициент отстройки = К_н. (коэффициенту надежности), для реле РТ-40 К_о.т.с.=1,25. Такое значение берется для ТО ВЛ.;

I_{к.max.вне} – максимальный ток короткого замыкания вне защищаемой зоны.

Для АК-2, АК-9

Для АК-13

Заключение.

В курсовом проекте были произведены расчёты следующих защит:

АК-2 МТЗ с независимой выдеожкой времени, Iсз – 114 А, и токовой отсечкой IсТО 731 А;

АК-9 МТЗ с независимой выдеожкой времени, Iсз – 114 А, и токовой отсечкой IсТО 731 А;

АК-13 МТЗ с независимой выдеожкой времени, Iсз – 57 А, и токовой отсечкой IсТО 222 А.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

Шахнин В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. Пособие к курсовому проектированию. Владимир, ВлГУ, 2003.-80 с.
Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М., Энергоатомиздат, 1989.- 608 с.
Правила устройства электроустановок. М., Энергоатомиздат, 1998.-640с.
Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Л., Энергоатомиздат, 1985.- 295 с.
Алексеев В.С. Реле защиты. М., Энергоатомиздат, 1987.- 464 с.
Шабад М.А. Защита трансформаторов распределительных сетей. Л., Энергоатомиздат, 1981.- 136 с.
Федосеев А. М. Релейная защита релейных систем. Релейная защита сетей. М., Энергоатомиздат, 1981.- 328 с.