Токовая защита линий электропередач

2. Селективность. Защита не должна отключать выключатель при повреждениях на смежных участках, отключаемых предыдущими защитами. В некоторых случаях обеспечить селективность не удается. Тогда (как вынужденная мера) допускается неселективная работа защиты, которая исправляется автоматическим повторным включением (АПВ).

3. Дальнее резервирование. При отказе предыдущей защиты в смежной зоне защита должна действовать на отключение. Коэффициент чувствительности при этом должен быть не менее 1,2. Не следует отказываться от дальнего резервирования, если предыдущей защитой служит предохранитель. Отказ предохранителя, снабженного калиброванной вставкой, исключен. Тем не менее, в условиях, не всегда соответствующих требованиям эксплуатации, встречаются случаи установки некалиброванной вставки и даже "жучка". Поэтому отсутствие дальнего резервирования должно рассматриваться как вынужденная мера.

4. Несрабатывание в нагрузочном режиме. Защита не должна срабатывать при максимально возможном токе нагрузки IHГmax.

5. Несрабатывание в случаях кратковременного увеличения этого тока, не вызванного повреждением оборудования. К таким случаям относятся:

5.1) увеличение тока во время подачи напряжения после его аварийного исчезновения или глубокого снижения; оно вызвано самозапуском электродвигателей, не имеющих защиты минимального напряжения. Он длится 10-15 с, а иногда и дольше. Влияние токов самозапуска характеризуется коэффициентом самозапуска kзап. Его значение в распределительных сетях зависит от соотношения силовой и осветительной нагрузки и колеблется от 1,2 (нагрузка бытовых потребителей) до 2,5 (сеть промышленного предприятия с комплексной нагрузкой);

5.2) бросок тока намагничивания силовых трансформаторов при включении присоединения или при восстановлении напряжения после отключения КЗ. Намагничивающий ток затухает через шесть-семь периодов. Поэтому для защиты с выдержкой времени этот фактор можно не учитывать;

5.3) срабатывание разрядников при атмосферных перенапряжениях.

3. Расчётная часть

В рамках данной курсовой работы требуется выполнить защиту распределительной линии. Электроснабжение городского микрорайона осуществляется по распределительной линии U = 10 кВ, к которой могут быть подключены до шести однотрансформаторных подстанций (рисунок 3.1). Трансформаторы ТМ-400/10. 5Н0М = 400 кВА, UB/UHH= 10/04 кВ, Iном=23,1 А, схема соединения Y/Y, ик = 4,5%. Трансформаторы защищены предохранителями ПКТ, номинальный ток плавкой вставки Iпном = 50 А. Уставка по времени последующей защиты 1 с. Оборудование ячейки: трансформаторы тока ТПЛ-10, Kj-- 200/5, два реле типа РТ-85/1 подключены к сердечнику класса Р по схеме неполная звезда (рисунок 3.2). Привод ПП-67 имеет два встроенных реле РТМ-1 (уставки 5-10 А). Ток трехфазного КЗ на шинах РП Iктах = 6000 А. Ток двухфазного КЗ в конце линии Iктiт = 3500 А. Ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ I'ктах = 513 А. Ток Двухфазного КЗ на шинах ОД кВ Iктш= 444 А.

Требуется рассчитать уставки релейной защиты и проверить пригодность трансформаторов тока.

Для выполнения требований 4 и 5.1 ток срабатывания защиты Iс.з определяется по формуле:

,

где kотс - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность работы реле и необходимый запас; для реле серии РТ-80 принимается kотс = 1,2. Для нагрузки бытовых потребителей принимается по опыту эксплуатации kзап = 1,2. В формулу входит коэффициент возврата kв, так как ток возврата реле должен быть также отстроен от максимальной нагрузки, иначе реле, сработав при КЗ в смежной зоне, после ликвидации КЗ основной защитой поврежденного участка может не возвратиться и вызвать излишнее отключение. Для реле серии РТ-80 принимается kв= 0,8.

Рисунок 3.1 Расчетная схема участка городской сети

Рисунок 3.2 Схема соединения трансформаторов тока и реле в неполную звезду

Определяем максимальный ток нагрузки, исходя из возможности 100%-ной загрузки всех трансформаторов:

тогда

Для выполнения требования 2 необходимо, чтобы при всех токах, превышающих 1п ноы, время действия защиты превышало время плавления вставки. Если на одном рисунке изобразить характеристики реле, приведенные к первичному току, и вставки предохранителя, то характеристика реле должна быть расположена выше (рисунок 3.3). Такой рисунок называется картой селективности. Приняв ступень селективности равной 0,5 с, устанавливаем, что для обеспечения селективности с последующей защитой рассматриваемая нами защита должна иметь время в независимой части характеристики н ч = 1 - 0,5 = 0,5 с.

По характеристике реле определяем, что при токе срабатывания его время составит 6 с. Исходя из этого поступаем следующим образом. Перестраиваем участок характеристики вставки 3/п ном "Г201Г] номв равномерную шкалу. Проводим от точки 6 с на оси ординат горизонтальную прямую до пересечения с характеристикой и на оси абсцисс определяем ток, при котором вставка перегорит за 6 с. Умножив этот ток на 1,4, получим ток срабатывания защиты. В данном случае

Этот ток удовлетворяет и предыдущему требованию. Коэффициент 1,4 учитывает время гашения дуги в предохранителе, разброс характеристики по току до 20% и др. Нанеся остальные точки характеристики реле, убеждаемся, что селективность обеспечивается при всех токах. Далее на карту селективности наносим характеристик последующей защиты. Затем, определяем ток срабатывания реле:

где kсх -- коэффициент схемы, равный 1 для двухрелейной схемы неполная звезда.

Получаю

По шкале уставок реле типа РТ-85/1 выбираю ближайшую в сторону увеличения уставку, равную 7А. Окончательно определяею ток срабатывания зашиты: Iсз = 7(200/5) = 280А.

Проверяю чувствительность защиты:

Проверю чувствительность защиты в качестве резервной. Необходимо убедиться, что защита чувствительна по меньшей мере к току двухфазного КЗ на шинах 0,4кВ.

Я убедился, что защита удовлетворяет всем вышеприведенным требованиям. Принятые уставки: 1 = 280А, уставка по шкале реле 7А, время в независимой части характеристики 0,5 с.

Напомним, что приводя уставки защиты, время следует указывать в независимой части характеристики, а не при токе срабатывания.

Следует отметить недостаток этой методики расчета. Он заключается в том, что при построении карты селективности не учтена нагрузка присоединения. Такая селективность является неполной. Однако, если полностью учесть влияние нагрузки, это приведет к загрубению защиты. Так, в нашем примере ток срабатывания защиты составит 252 + 139 = 391А, а ее чувствительность в качестве резервной кч = 1,13, т. е. дальнее резервирование не будет обеспечено. Поэтому дать какую-либо общую рекомендацию относительно учета влияния нагрузки не представляется возможным. Следует ориентироваться на конкретные условия.

Как мы уже знаем, реле серии РТ-80 позволяет выполнить первую ступень защиты в виде токовой отсечки без выдержки времени. Токовую отсечку целесообразно или даже необходимо использовать в ряде случаев:

1) для защиты головного участка распределительной линии (от шин РП до первого ТП), если сопротивление этого участка настолько велико, что обеспечивается достаточное различие между токами КЗ в его начале и конце;

2) если последующая защита имеет выдержку 0,5 с и менее; если выдержка 0,5 с недопустима по условию термической стойкости проводов и кабелей; если от тех же шин питаются крупные синхронные двигатели, требующие по условию их устойчивости мгновенного отключения КЗ.

Излишнее действие токовой отсечки должно быть исправлено автоматическим повторным включением. Время срабатывания токовой отсечки реле серии РТ-80 составляет около 0,03 с, собственное время работы выключателя - около 0,1 с. Полное время отключения tоткл = 0,03 + 0,01 = 0,13 с. Если за это время вставка успеет перегореть, то гашение дуги в предохранителе произойдет в бестоковую паузу и АПВ будет успешным. В противном случае выключатель включится на неустраненное КЗ, АПВ будет неуспешным, а отключение неселективным.

Заключение

Электрические машины и аппараты, линии электропередачи и другие части электрических установок и электрических сетей постоянно находятся под напряжением и обтекаются током, вызывающим их нагрев. Поэтому в процессе эксплуатации могут возникать повреждения, приводящие к КЗ.

КЗ возникают из-за пробоя или перекрытия изоляции, обрывов проводов, ошибочных действий персонала и других причин. В большинстве случаев в месте КЗ возникает электрическая дуга с высокой температурой, приводящая к разрушениям токоведущих частей, изоляторов и электрических аппаратов. При КЗ к месту повреждения подходят большие токи, измеряемые тысячами ампер, которые перегревают неповрежденные токоведущие части и могут вызвать дополнительные повреждения, т. е. развитие аварии. Одновременно в сети, электрически связанной с местом повреждения, происходит глубокое понижение напряжения, что может привести к остановке электродвигателей и нарушению параллельной работы генераторов.

В большинстве случаев развитие аварий может быть предотвращено быстрым отключением поврежденного участка электрической установки или сети при помощи специальных автоматических устройств, получивших название релейная защита (РЗ), которые действуют на отключение выключателей.

Основным назначением РЗ является выявление места возникновения КЗ и быстрое автоматическое отключение выключателей поврежденного оборудования или участка сети от остальной неповрежденной части электрической установки или сети.

Кроме повреждений электрического оборудования могут возникать такие нарушения нормальных режимов работы, как перегрузка, замыкание на землю одной фазы в сети с изолированными нейтралями, выделение газа в результате разложения масла в трансформаторе или понижение уровня масла в его расширителе и др.

В указанных случаях нет необходимости немедленного отключения оборудования, так как эти явления не представляют непосредственной опасности для оборудования и могут самоустраниться. Поэтому при нарушении нормального режима работы на подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом, как правило, достаточно дать предупредительный сигнал персоналу подстанции.

Таким образом, вторым назначением РЗ является выявление нарушений нормальных режимов работы оборудования и подача предупредительных сигналов обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени.

РЗ содержит три части: измерительную, логическую и выходную. До последнего времени все органы релейной защиты выполнились только с помощью электромеханических реле. Необходимые выдержки времени создавались в логической части защит такого исполнения посредством часовых механизмов, управляемых электромагнитными устройствами. Наряду с часовыми механизмами для той же цели применяют электромагнитные реле с магнитной задержкой отпадания якоря.

Для получения реле с зависимой характеристикой выдержки времени используют механические системы с приводом, действующим на индукционном принципе. Скорость движения таких механизмов зависит от значения проходящего по ним тока.

Однако электромеханическая аппаратура устарела и нуждается в замене. На ней трудно добиться высокой точности, быстродействия, выполнить сложные характеристики. Для поддержания рабочего состояния защиты требуются значительные трудозатраты на ТО. Аппаратура занимает много места и требует большого количества электротехнических материалов. Значительное потребление энергии требует мощных источников питания оперативным током, а также большой мощности измерительных трансформаторов тока и напряжения. Нередко новые требования к релейной защите не могут быть удовлетворены из-за несовершенства аппаратуры, содержащей электромеханические устройства. Стало очевидным, что использование электромеханических устройств в релейной аппаратуре задерживает дальнейшее развитие техники РЗ, как в качественном, так и в количественном отношениях.

Один из возможных выходов из создавшегося положения открылся благодаря успехам современной полупроводниковой схемотехники, а в первую очередь - созданию интегральных микросхем, которые и стали основой для создания нового поколения релейной защиты.

Интегральные микросхемы относятся к категории электронных устройств средней степени интеграции, реализующих одну или несколько однородных функций. В последние годы электронная промышленность начала выпускать многоцелевые, так называемые большие интегральные схемы (БИС) универсального назначения. В настоящее время разработано и выпускается значительной количество приборов средней степени интеграции, на которых построены современные микроэлектронные устройства защиты. Эти устройства ориентированы на выполнение сразу нескольких функций, что упрощает и удешевляет монтаж и экономит место на панелях и шкафах РЗА.

Таким образом, в результате выполнения данной курсовой работы были получены следующие основные результаты:

- рассмотрены основные вопросы, связанные с назначением, устройством и действием релейной защиты и требования предъявляемые к ней;

- рассмотрены ступени токовых защит таких как: токовая отсечка без выдержки времени, токовая отсечка с выдержкой времени, максимальная токовая защита;

- были произведен расчет уставки релейной защиты и проверена пригодность трансформаторов тока.

Список используемой литературы

1.В.А. Андреев «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения» Издание четвертое, переработанное и дополненное. «Высшая школа» 2006г.

2.М.А. Беркович, В.В. Молчанов, В.А. Семенов. «Основы техники релейной защиты». Шестое издание, переработанное и дополненное. Энергоатомиздат 1984г.

3.Н.И. Овчаренко. «Микропроцессорные комплексы релейной защиты и автоматики распределительных электрических сетей». Москва 1999г.

4.Ю.А. Степанов, Д.Ю. Степанов. «Повышение надежности работы электрооборудования на основе совершенствования теоретического материала». Самара 2002г.

5.А.М. Федосеев «Релейная защита электроэнергетических систем. Релейная защита сетей». Энергоатомиздат 1984г.

6. Н.В. Чернобровов, В.А. Семенов. «Релейная защита энергетических систем». Энергоатомиздат 1998г.

7.М.А. Шабад «Защита трансформаторов распределительных сетей». Энергоиздат 1981г.

8.М.А. Шабад «Расчёты релейной защиты и автоматики распределительных сетей». Энергоиздат 1985г.

Размещено на Allbest.ru