Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет релейной защиты и автоматики

3 Расчет релейной защиты и автоматики

Функционирование любой технической системы (в частности системы электроснабжения) невозможно без возникновения аварийных и ненормальных режимов. Так при коротких замыканиях ток короткого замыкания проходит от питающей системы к точке короткого замыкания по цепочке включая и неповрежденное оборудование, которое вследствие термического воздействия тока кроткого замыкания может также выйти из строя.

Для обеспечения нормальной работы системы электроснабжения требуется как можно быстрое выявление и отключение поврежденных участков от неповрежденной сети.

Так как все процессы, происходящие в электрических сетях очень скоротечны, поэтому управление ими очень редко можно возложить на человека.

Релейная защита – это совокупность автоматических устройств, предназначенных для своевременного выявления и отключения поврежденных участков системы электроснабжения или подачи сигнала дежурному персоналу.

3.1 Расчет релейной защиты трансформаторов,
установленных на ГПП

3.1.1 Защита от повреждений внутри кожуха

и от понижения уровня масла

Тип защиты – газовая, реагирующая на образование газов, сопровождающих повреждение внутри кожуха трансформатора, а также в отсеке переключения отпаек устройства регулирования коэффициента трансформации (в отсеке РПН), а также действующая при чрезмерном понижение уровня масла. В качестве реле защиты используется газовое реле.

Газовая защита действует на сигнал при любом газообразовании и понижении уровня масла и на отключение при интенсивном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла.

Установка газовой защиты обязательна для всех трансформаторов, номинальная мощность которых 6,3 МВА и более, а также для внутрицеховых понижающих трансформаторов номинальной мощностью 630 МВА и более.

Защита от повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделение газа, может быть выполнена и с помощью реле давления, а защита от понижения уровня масла – реле уровня в расширительном баке трансформатора.

3.1.2 Защита от повреждений на выводах

и от внутренних повреждений трансформатора

Тип защиты – продольная дифференциальная токовая защита, действующая без выдержки времени на отключение поврежденного трансформатора.

Выполняется на трансформаторах номинальной мощностью 6,3 МВА и более, а также для трансформаторов номинальной мощностью 4 МВА, если они работают параллельно на шины низшего напряжения.

Для двухобмоточных трансформаторов, имеющих схему соединения обмоток Y_Н/Δ, вторичные обмотки трансформаторов тока на стороне высшего напряжения, как правило, соединяются в треугольник, а на стороне низшего напряжения – в неполную звезду, при этом в дифференциальноу цепи устанавливаются два реле.

На стороне высокого напряжения для защиты используются встроенные в трансформатор трансформаторы тока, а на стороне низкого напряжения - трансформаторы тока, установленные в КРУН.

Рассчитаем продольную дифференциальную защиту для трансформаторов ГПП.

Предварительный расчет сводим в таблицу 2.1.2.1.

Таблица 2.1.2.1– Предварительный расчет дифференциальной защиты.

Наименование величины	Расчетные выражения для сторон
Наименование величины	ВН	НН
Первичный номинальный ток, А
Коэффициент трансформации трансформаторов тока	К_Т=75/5=15	К_Т=1000/5=200
Схема соединения обмоток трансформаторов тока	Δ К_СХ=	Y К_СХ=1
Вторичный ток в плечах защиты, А

Рассмотрим защиту на реле РНТ-560

Ток срабатывания защиты выбираем большим из двух условий:

от тока небаланса во вторичных цепях защиты

где ε – полная погрешность трансформаторов тока, %;

К_ОТС – коэффициент отстройки;

К_ОДН – коэффициент однородности;

К_АП – коэффициент аппериодичности;

ΔU – относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения;

- внешний трехфазный максимальный ток короткого замыкания (в нашем случае в точке К2), приведенный к высокой стороне трансформатора, А.

Для реле РНТ-560: К_ОДН=1, К_АП=1, К_ОТС=1,3.

отстройка от броска тока намагничивания

I_СЗ=К_ОТС·I_НОМ,

где I_НОМ – номинальный первичный ток трансформатора, А.

I_СЗ=К_ОТС·I_НОМ=1,3·52,5=68,25 А

Выбираем I_СЗ=98 А по первому условию.

Коэффициент чувствительности равен

Так как Кч<2 (1,6<2), то дифференциальная защита, выполненная на реле типа РНТ-560, не проходит по чувствительности.

Выбираем реле ДЗТ-11.

Ток срабатывания выбираем по следующей формуле:

I_СЗ=К_ОТС·I_НОМ=1,5·52,5=78,75 А

Коэффициент чувствительности

Так как Кч>Кч_ДОП=2, то защита проходит по чувствительности.

Расчет дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11 сведем в таблицу 3.1.2.2.

Так как трансформатор с РПН, то сторону высокого напряжения будем считать неосновной.

Таблица 3.1.2.2 — Расчет дифференциальной защиты на реле ДЗТ-11.

Обозначение величины и расчетное значение	Численное значение
Ток срабатывания реле неосновной стороны
Расчетное число витков обмотки неосновной стороны , где F_СР – падение магнитного напряжения, при котором срабатывает реле.
Принятое число витков неосновной обмотки ω^НЕОСН (ближайшее меньшее целое)	ω^НЕОСН=11
Расчетное число витков обмотки основной стороны , где I₂ – вторичный ток трансформаторов тока в плечах защиты.
Принятое число витков основной обмотки ω^ОСН (ближайшее целое)	ω^ОСН=13
Расчетное число витков тормозной обмотки по условию отстройки от тока небаланса при коротком замыкании на стороне низкого напряжения
Принятое число витков тормозной обмотки	ω^Т=9
Минимальное значение тока в реле при двухфазном коротком замыкании на выводах низкого напряжения на крайнем ответвлении РПН
Минимальное значение коэффициента чувствительности защиты на крайнем ответвлении РПН

3.1.3 Защита от токов внешних многофазных коротких замыканий

Защита от внешних коротких замыканий служит для отключения трансформатора при коротких замыканиях на сборных шинах или на отходящих от них присоединениях, если релейная защита или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно релейная защита от внешних коротких замыканий используется и для защиты от повреждения в трансформаторе.

Тип защиты – максимальная токовая защита с комбинированным пуском по напряжению с независимой выдержкой времени.

Защита устанавливается на стороне высокого напряжения трансформатора и выполняется по цепям тока двухфазной двухрелейной с реле тока РТ-40.

Первичный ток срабатывания максимальной токовой защиты с пуском по напряжению определяется по условию отстройки от максимального рабочего длительного тока

где К_отс – коэффициент отстройки примем равным 1,2;

К_сам – коэффициент самозапуска примем равным 1;

К_В – коэффициент возврата;

- максимальный рабочий ток со стороны высокого напряжения, А.

Для реле типа РТ-40: К_В=0,85.

Ток срабатывания реле

Выбираем реле РТ-40/50 с последовательным соединением обмоток I_УСТ=(1,5-3)А [20, таблица 4].

Коэффициент чувствительности

Так как Кч>1,5 (2,1>1,5), то защита проходит по чувствительности.

Время срабатывания защиты.

Выдержку времени МТЗ трансформатора выбираем на ступень избирательности больше, чем выдержка времени МТЗ воздушной линии Л1, то есть:

t_СЗмтз=t_{CЗмтз
Л1}+Δt=1,1+0,5=1,6 с

Выбираем реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0 с.

3.1.4 Защита от симметричных перегрузок трансформатора

Тип защиты – максимальная токовая защита с независимой выдержкой времени. Защита выполняется действующей на сигнал посредством одного токового реле. Чтобы избежать излишних сигналов при коротких замыканиях и кратковременных перегрузках, в схеме релейной защиты предусматривается реле времени, обмотка которого должна быть рассчитана на длительное прохождение тока.

Ток срабатывания защиты от перегрузки выбирается из условия возврата токового реле при номинальном токе трансформатора:

Ток срабатывания реле

Выбираем реле РТ-40/20 с последовательным соединением обмоток I_УСТ=(12,5-50)А. Время действия защиты выбирается на ступень больше времени защиты трансформатора от внешних коротких замыканий или на ступень больше времени защиты от перегрузки предыдущей защиты.

t_СЗп=t_CЗмтз +Δt=1,6+0,5=2,1 с

t_СЗп=t_{CЗп
пред}+Δt=10,5+0,5=11 с

Выбираем реле времени ЭВ-100.

3.2 Расчет релейной линий

3.2.1 Быстродействующая защита от многофазных коротких замыканий

Тип защиты – токовая отсечка. Схема соединения трансформаторов тока – неполная звезда, реализуемая на реле типа РТ-40. Ток срабатывания защиты отстраивается от токов коротких замыканий за трансформатором:

I_СЗ = К_Н·I_КЛ3 = 1,3·160= 208 А

Коэффициент чувствительности

т.к. Кч > 2, то защита проходит по чувствительности и устанавливается.

I_СЗ = К_Н·I_КЛ4 = 1,3·100= 130 А

Коэффициент чувствительности

т.к. Кч > 2, то защита проходит по чувствительности и устанавливается.

3.2.2 Максимальная токовая защита

при междуфазных коротких замыканий

Для защиты кабельных линий при междуфазных КЗ и резервировании ТО принимаем МТЗ с выдержкой времени. Максимальную токовую защиту отстраиваем от тока самозапуска полностью заторможенных ответственных двигателей присоединённых к шинам низкого напряжения. Токи срабатывания защиты находим по формулам:

Для линии Л3

где К_СЗП =2 – коэффициент самозапуска.

Для реле типа РТ-40: К_Н=(1,1-1,2); К_В=0,8;

Ток срабатывания реле:

Выбираем реле РТ-40/50 с последовательным соединением обмоток I_УСТ=(12,5-25)А.

Коэффициент чувствительности вычисляем при двухфазном к. з. на шинах к которым подключена линия

Так как Кч>1,5, то защита проходит по чувствительности.

Время срабатывания защиты выбирают из условия избирательности на Δt выше наибольшей выдержки времени защит присоединений t_пр питающихся от трансформатора т. е.

t_СЗМТЗ=0,6+Δt=0,6+0,5=1,1 с

Выбираем реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0 с.

Для линии Л4

где К_СЗП =2,5 – коэффициент самозапуска.

Ток срабатывания реле:

Выбираем реле РТ-40/50 с последовательным соединением обмоток I_УСТ=(12,5-25)А

Так как Кч>1,5, то защита проходит по чувствительности.

3.2.3 Максимальная токовая защита при перегрузке

Для линии Л3:

Ток срабатывания защиты

где К_Н=1,05 – коэффициент надежности;

Ток срабатывания реле

Выбираем реле РТ-40/10 с параллельным соединением обмоток I_УСТ=(2,5-5)А.

Время срабатывания защиты

t_СЗП=t_СЗМТЗ+Δt=1,1+0,5=1,6 с

Выбираем реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0с.

Для линии Л4:

Ток срабатывания защиты

где К_Н=1,05 – коэффициент надежности;

Выбираем реле РТ-40/10 с параллельным соединением обмоток I_УСТ=(2,5-5)

Время срабатывания защиты

t_СЗП=t_СЗМТЗ+Δt=1,1+1,6=3,7 с

Выбираем реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0с

3.2.4 Защита от замыкания на землю

Для защиты сетей от замыкания релейную защиту выполняем на реле напряжения. Минимальное реле напряжения включаем на напряжение фаз относительно земли.

Выбираем РН54/48.

3.3 Расчет релейной защиты трансформатора Т3.

3.3.1 Быстродействующая защита от междуфазных коротких замыканий

I_СЗ = К_Н·I_КЗ5= 1,3·1097,4= 1426,2 А

Коэффициент чувствительности

т.к. Кч > 2, то защита проходит по чувствительности и устанавливается.

Выбираем реле РТ-40/200 с параллельным соединением обмоток I_УСТ=(50-100)

3.3.2 Максимальная токовая защита

от внешних коротких замыканий

Для защиты трансформатора при внешних КЗ и резервировании ТО и принимаем МТЗ с выдержкой времени. Максимальную токовую защиту отстраиваем от тока самозапуска полностью заторможенных ответственных двигателей присоединённых к шинам низкого напряжения. Токи срабатывания защиты находим по формулам:

где К_СЗП =1,8 – коэффициент самозапуска.

Для реле типа РТ-40: К_Н=(1,1-1,2); К_В=0,8;

I_1Тном – номинальный ток трансформатора, А.

Ток срабатывания реле:

Выбираем реле РТ-40/50 с последовательным соединением обмоток I_УСТ=(12,5-25)А.

Коэффициент чувствительности

Так как Кч>1,5, то защита проходит по чувствительности.

t_СЗМТЗ=0,6+Δt=0,6+0,5=1,1 с

Выбираем реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0 с [12, таблица 30.3].

3.3.3 Максимальная токовая защита при перегрузке

Ток срабатывания защиты

где К_Н=1,05 – коэффициент надежности;

I_НОМ – номинальный ток трансформатора, А.

Ток срабатывания реле

Выбираем реле РТ-40/10 с параллельным соединением обмоток I_УСТ=(2,5-5)А.

Время срабатывания защиты

t_СЗП=t_СЗМТЗ+Δt=1,1+0,5=1,6 с

Выбираем реле времени ЭВ-133, имеющее диапазон уставок 0,5-9,0с.

Расчет релейной защиты электродвигателей

3.4.1 Защита электродвигателей от междуфазных коротких замыканий

Для защиты АД при междуфазных КЗ в обмотке статора принимаем ТО с использованием токовых реле типа РТ-40. Схема соединения ТТ- неполная звезда. Применение ТО уменьшает длительность снижения напряжения на шинах при КЗ на зажимах двигателей, что способствует успешному самозапуску остальных, неповреждённых двигателей. Токовую отсечку отстраиваем от пускового тока двигателя. Ток срабатывания защиты и реле находим по формулам:

к_отс – коэффициент отстройки;

I_Пmax- пусковой максимальный ток двигателя.

Находим коэффициент чувствительности:

Выбираем реле тока РТ-40/100 с I_УСТ=(25-50)А [13, таблица 1.12.2]

и промежуточное реле РП-26 с указателем срабатывания. Промежуточное реле замедляет время действия защиты, что позволяет отстроиться от апериодической составляющей пускового тока.

3.4.2 Защита электродвигателей от перегрузки

Для защиты АД при перегрузке принимаем МТЗ с использованием токового реле РТ-40, включенного на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания защиты и реле находим по формулам:

I_Дном- номинальный ток двигателя;

К_в- коэффициент возврата;

Выбираем реле тока РТ-40/50.

Согласование времени действия защиты при перегрузке с временем самозапуска двигателя производим по выражению:

t_С.Д. > t_П.Д.> t_{С.Ф. ,}

где t_С.Д.,t_С.Ф. – допустимое и фактическое время разгона двигателя при самозапуске; t_П.Д.- допустимое время действия защиты при перегрузке.

Из расчета самозапуска известно:

t_С.Ф.=19,6 с; t_С.Д.= 31,1 с.

Выбираем реле времени с уставкой, равной 22 с.

3.4.3 Защита от понижения напряжения

Напряжение срабатывания защиты двигателя при понижении напряжения выбираем таким образом, чтобы обеспечивался самозапуск других более ответственных двигателей, т. е. (0,6-0,7)U_Д.НОМ.

Выбираем реле напряжения переменного тока РН-54/160 и находим напряжение срабатывания реле:

Расчет релейной защиты и автоматики 📙 Реферат → 🆔 234344