Автоматика и устройства защиты систем электроснабжения от замыкания

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

по дисциплине:

Релейная защита и автоматика систем электроснабжения



Оглавление

Задание на курсовую работу

Исходные данные к курсовой работе

1. Выбор элементов схемы электроснабжения

2. Расчет токов коротких замыканий

3. Защита линии Л8

3.1 Токовая отсечка

3.2 Максимальная токовая защита (МТЗ)

3.3 Защита от однофазных замыканий на землю

4. Защита трансформатора ГПП

4.1 МТЗ с пуском напряжения

4.2 Дифференциальная защита трансформатора

4.3 Газовая защита трансформатора

5. Защита АД

5.1 Токовая отсечка

5.2 Защита от перегрузки

5.3 Защита АД от замыканий на землю

Литература



Исходные данные

а) для расчета к рис. 1

Таблица 1

Мощность Т1, Т2, МВА	Мощность нагрузки, МВА, МВт	Тип и мощность двигателей, кВт
25	12,0	6,5	7,5	7,0	1,1 0,7	0,8 0,8	1,2 0,8	0,9 0,75	CD 1000	СD 1250	AD 800	AD 630

б) для расчета по линиям; х_л/х_т=0.3

Таблица 2

Длина линий, км
Л1, Л5	Л2,Л3	Л4,Л8	Л6,Л7	Л9	Л10
1,2	0,7	0,9	0,5	0,6	0,5

Рисунок 1

1. Выбор элементов схемы электроснабжения

1) выбор трансформаторов ГПП (Т1, Т2)

по заданной номинальной мощности трансформаторов Т1, Т2 (табл.1) по /2/, табл.3.6 выбираем трансформатор типа ТРДН - 25000/110 со следующими номинальными данными:

S_ном=25 МВА,

U_{ном вн}=115 кВ,

U_{ном нн}=10.5 - 10.5 кВ,

Р_х=25 кВт, Р_к=120 кВт, u_к=10.5%;

2) выбор электродвигателей

а) выбор асинхронных двигателей

по заданной мощности двигателей (табл.1) по /2/, табл.4.1 выбираем двигатели типа

АЗ13 - 46 - 4У4 с параметрами: Р_ном=800 кВт,

U_ном=10 кВ,

cos _ном=0.9, 95%;

АЗ12 - 52 - 4У4 с параметрами: Р_ном=630 кВт,

U_ном=10 кВ,

cos _ном=0.9, 94.5%;

б) выбор синхронных двигателей

по заданной мощности двигателей (табл.1) по [2, табл.4.27] выбираем двигатели типа

СДН14 - 59 - 6У3 с параметрами: Р_ном=800 кВт,

U_ном=10 кВ,

cos _ном=0.9, 94%;

СДН15 - 39 -6У3 с параметрами: Р_ном=1250 кВт,

U_ном=10 кВ,

cos _ном=0.9, 94.4%;

3) выбор трансформаторов на ТП:

ТП-1:

МВА

по таблице 3.6 /2/ выбираем трансформатор типа ТМ - 1000/10 со следующими номинальными параметрами:

S_ном=1.0 МВА;

U_ном.вн=10 кВ; U_ном.нн=0.4 кВ;

Р_х=2,45 кВт; Р_к=11 кВт; u_к=5.5%;

ТП-2:

МВА

по таблице 3.6 /2/ выбираем: ТМ - 1000/10

S_ном=1.0 МВА;

U_ном.вн=10 кВ; U_ном.нн=0.4 кВ;

Р_х=2,45 кВт; Р_к=11 кВт; u_к=5.5%;

ТП-3:

МВА

по /2/ выбираем: ТМ - 1600/10

S_ном=1,6 МВА;

U_ном.вн=10 кВ; U_ном.нн=0.4 кВ

Р_х=3,3 кВт; Р_к=16,5 кВт; u_к=5.5%;

ТП-4:



МВА

по /2/ выбираем: ТМ - 1000/10

S_ном=1 МВА;

U_ном.вн=10 кВ; U_ном.нн=0.4 кВ

Р_х=2.45 кВт; Р_к=11 кВт; u_к=5.5%;

4) выбор кабельных линий по нагреву утяжеленным током:

Л7:

кА=92 А

по таблице 7.10 /2/ выбираем кабель сечением (3*35)мм² с

х_о=0.095 Ом/км, r_o=0.89 Ом/км;

Л8:

=115 А

по таблице 7.10 /2/ выбираем кабель сечением (3*35)мм² с

х_о=0.0,95 Ом/км, r_o=0,89 Ом/км;

Л10:

=40,4 А

по таблице 7.10 /2/ выбираем кабель сечением (3*16)мм² с

х_о=0.113 Ом/км, r_o=1.94 Ом/км.



2. Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания выполняем только в непосредственной близости защищаемых элементов. Они рассчитываются для выбора уставок защиты и для проверки чувствительности защиты.

Рассчитываем ток трехфазного короткого замыкания.

При расчете токов короткого замыкания для защит с выдержкой времени учитывается только ЭДС системы и не учитываются ЭДС высоковольтных двигателей и нагрузок. Для быстродействующих защит (токовая отсечка) учитываем все высоковольтные ЭДС.

Для кабельных линий (особенно, если они не большого сечения) индуктивное сопротивление х меньше активного r, поэтому в расчетах будем учитывать и активное сопротивление r.

Расчет токов короткого замыкания будем выполнять следующим образом:

при определении тока от каждого отдельного ЭДС все остальные ветви отбрасываем. Таким образом, определяем ток короткого замыкания от каждого ЭДС и результирующее значение тока равно сумме полученных значений.

Будем определять следующие токи короткого замыкания (рисунок 2):

а) защита трансформатора ГПП (Т1 на рисунке 1):

- на выводах низшего напряжения трансформатора ГПП (точка К₁) - учитываем только ЭДС системы (для проверки чувствительности МТЗ и дифференциальной защиты);

б) защита АД (М4 на рисунке 1):

- на выводах АД (точка К₂) - учитываем только ЭДС системы (для проверки чувствительности токовой отсечки);

в) защита линии (Л8 на рисунке 1):

- на выводах низшего напряжения трансформатора ГПП (точка К₃ на рисунке 1)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2. Схема замещения.

Расчет ведем в относительных единицах.

S_б=S_ном.т=25 МВА;

U_б,1=115 кВ, I_б,1=0.126 кА;

U_б,2=10.5 кВ, I_б,2=1,375 кА;

Рассчитываем параметры схемы замещения в относительных единицах

1) система.

2) трансформатор Т1.

==0.013125

3) линия

Х_л =

4) нагрузка S_н3.

Е_нг3=

Х_нг3=

5) кабельная линия Л7.

кабельная линия Л8

кабельная линия Л9

6) асинхронный двигатель М4.

Рассчитываем токи короткого замыкания: К1

К2

К3

К4

автоматический зашита электроснабжение замыкание



3. Защита линии Л8

Для воздушных кабельных линий 6-35 кВ предусматриваются устройства РЗ от замыканий, а также устройства защиты или сигнализации, действующие при однофазных замыканиях на землю. Защита от многофазных замыканий должна по возможности осуществлять резервирование по отношению к защитам, установленных на предыдущих участках.

В схемах защиты с отсечкой, выполненной с использованием реле типа РТ 40, в выходную цепь защиты включается промежуточное реле, обеспечивающее отключение выключателя, а также некоторую от возможного брака апериодической составляющей тока к. з., от браков намагничивающих токов силовых трансформаторов, получающих питание по защищаемой линии.

Рисунок 3 Принципиальная схема защиты линии 6-10 кВ, питающей силовой трансформатор:

Т - трансформатор, ТА1-ТА5 - трансформаторы тока, Q - выключатель, КА - реле типа РТ-80, КА1-КА5 - реле тока типа РТ-40, КТ - реле времени типа РВ-122, KL - реле промежуточное типа РП-23 или РП-251, КМ1-КМ2 - реле указательные типа РУ-1, SF - выключатель, KQT - контакт реле положения выключателя Q «отключено».

Выбор трансформатора тока

А

по таблице (5.9) /2/ выбираем трансформатор тока типа ТПЛК-10: I_1ном=150 А,

I_2ном=5 А, к_ТА=150/5=30.

3.1 Токовая отсечка

Ток срабатывания реле токовой отсечки определяется

А,

где k_отс - коэффициент отстройки, зависящий от типа применяемого реле тока;

- коэффициент схемы;

- максимальный ток КЗ, определяемый со стороны высшего напряжения при КЗ на шинах низшего напряжения (точка К4);

k_ТА - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Проверка чувствительности токовой отсечки

,

Где

I_p.min= А.

Ток срабатывания защиты определяется

кА

3.2 Максимальная токовая защита (МТЗ)

Ток срабатывания МТЗ определяется

А

где k_отс =1.1…1.2; k_сз - коэффициент, учитывающий токи самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ либо после срабатывания АПВ, k_сз=2.5…3; k_в - коэффициент возврата реле, k_в=0.85;

I_раб.max - длительно существующий рабочий ток, определяемый с учетом перегрузки после срабатывания АВР.

Ток срабатывания реле максимальной токовой защиты определяется

А,

Проверка чувствительности 20% линии:

l=0.9•0.2=0.18 км

А

1.5

Проверять чувствительность МТЗ при однофазном КЗ на землю не обязательно, так как уже в более тяжелом случае (двухфазное КЗ) чувствительность достаточна.

3.3 Защита от однофазных замыканий на землю

Выполняется с применением реле РТ - 40/0.2.

Такая защита устанавливается на всех линиях 6-35 кВ, отходящих от шин РП и ГПП, работающих в сетях с изолированной нейтралью и действующей на сигнал, за исключением тех случаев, когда по условиям техники безопасности требуется действие защиты на отключение. Первичный ток срабатывания защиты определяется по формуле:

где К_отс=1,1ч1,2; К_б=2ч2,5

А

А

,



4. Защита понижающего трансформатора ГПП

Таблица 2

Выбор ТТ

Параметры	сторона 115 кВ	сторона 10.5 кВ
Первичный номинальный ток трансформатора, А	Iном.вн=А	Iном.нн А
Схема соединения ТТ		Y
Тип выбранного ТТ	ТВ-110/20-600/5	ТПОЛ-10Т
Коэффициент трансформации ТТ	600/5	800/5
Вторичный ток в плечах защиты, А	I2вн=	I2нн=

4.1 МТЗ с пуском напряжения

Пуск по напряжению применяется с целью снижения тока срабатывания и повышения чувствительности. В качестве типового пускового органа применяют фильтр-реле напряжения обратной последовательности и реле минимального напряжения, подключаемые к трансформатору напряжения со стороны НН силового трансформатора /3/. Ток срабатывания реле определяется

А,

Коэффициент чувствительности

1.5,

Где

4.2 Дифференциальная защита трансформатора

Определяем ток небаланса при номинальном нагрузочном токе (при условии):

I_нб=4,29-3,13=1,16 А.

Ток срабатывания дифференциальной защиты принимается по условию отстройки от броска намагничивающего тока, возникающего при включениях трансформатора на холостой ход. Ток срабатывания дифференциальной защиты, выполненной на реле ДЗТ-11, по условию отстройки от бросков намагничивающего тока I_с.з.min=1.5I_{ном т.}.

В качестве основной стороны принимаем сторону НН силового трансформатора

I_с.з.min=1.5I_{ном т}=1.5•687=1030,5 А.

Рисунок 4.1 Принципиальная схема защиты трансформатора ГПП:



а) понижающая схема;

б) токовые цепи диф. защиты;

в) токовые цепи максимальной токовой защиты;

Рисунок 4.2 Цепи управления и защиты трансформатора ГПП:

л) цепи оперативного тока защиты трансформатора;

п) цепи контактов, используемых в схеме передачи отключающего сигнала;

р) цепи сигнализации.

Ток срабатывания реле: с основной стороны

I_{ср.р.осн}=1.5•4.29=6.435 А;

с неосновной стороны

I_{ср.р.неосн}=1.5•3.13=4,695 А.

Коэффициент торможения k_т определяется по условию отстройки от расчетного тока небаланса.

,

где k_отс=1.5; k_апер=1 - коэффициент, учитывающий увеличение тока небаланса из-за влияния апериодической составляющей тока КЗ; ?_*=0.1 - полная погрешность ТТ; =0.16 - диапазон регулирования напряжения трансформатора в одну сторону; =0.05 - относительная погрешность выравнивания токов плеч.

.

Определяем числа витков рабочей и уравнительной обмоток по формуле:

w_расч=100/I_ср.р.

Для основной стороны

w_р=100/6.435=15.54 витка

Принимаем ближайшее меньшее целое число витков w_р=15 витков.

Для неосновной стороны

w_p + w_ур = 100/4,695=21,3 витка.

Принимаем меньшее ближайшее целое число витков w_ур = 6 витка.

Число витков тормозной обмотки определяется

,

полагая tg = 0.87, w_ур = 0, w_p = 15:

витков.

Принимаем большее ближайшее число витков тормозной обмотки (для реле ДЗТ-11 w_т = 9 витков).

Определяем уточненные значения токов срабатывания реле:

I_{ср.р осн} = 100/15=6.7 А

I_{ср.р. неосн} = 100/(15+6)=4,76 А

Чувствительность дифференциальной защиты

При выполнении дифференциальной защиты понижающего трансформатора с реле, имеющим одну тормозную обмотку, и при одностороннем питании трансформатора тормозная обмотка включается в плечо дифференциальной защиты со стороны НН трансформатора. При таком включении тормозная обмотка не обтекается током при КЗ в зоне защиты. Поэтому коэффициент чувствительности определяется при двухфазном КЗ на выводах НН трансформатора в зоне действия защиты

k_ч = ,



где I_р.min = А.

k_ч = .

4.3 Газовая защита трансформатора

Ток короткого замыкания, проходящий через место установки токовой защиты при повреждении внутри бака трансформатора, например при витковых замыканиях, определяется числом замкнувшихся витков и поэтому может оказаться недостаточным для ее действия. Однако витковые замыкания представляют опасность для трансформатора и должны отключаться. Токовая и дифференциальная защиты на этот вид повреждения не реагируют. Отсюда возникает необходимость в использовании специальной защиты от внутренних повреждений - газовой, фиксирующей появление в баке поврежденного трансформатора газа. Образование газа является следствием разложения масла и других изолирующих материалов под действием электрической дуги или недопустимого нагрева. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способную различать степень повреждения, и в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является газовое реле KSG, устанавливаемое в маслопроводе между баком и расширителем. Ранее выпускалось поплавковое реле типа ПГ-22. Более совершенным является реле типа РГЧЗ-66 с чашкообразными элементами 1 и 2 (рисунок 5).

Элементы выполнены в виде плоскодонных алюминиевых чашек, вращающихся вместе с подвижными контактами 4 вокруг осей 3. Эти контакты замыкаются с неподвижными контактами 5 при опускании чашек. В нормальном режиме при наличии масла в кожухе реле чашки удерживаются пружинами 6 в положении, указанном на рисунке.

Рисунок 5. Газовое реле защиты трансформатора

Система отрегулирована так, что масса чашки с маслом является достаточной для преодоления силы пружины при отсутствии масла в кожухе реле. Поэтому понижение уровня масла сопровождается опусканием чашек и замыканием соответствующих контактов. Сначала опускается верхняя чашка и реле действует на сигнал. При интенсивном газообразовании возникает сильный поток масла и газов из бака в расширитель через газовое реле. На пути потока находится лопасть 7, действующая вместе с нижней чашкой на общий контакт. Лопасть поворачивается и замыкает контакт в цепи отключения трансформатора, если скорость движения масла и газов достигает определенного значения (0.6 - 1.2 м/с). При этом время срабатывания реле составляет t_ср.р = 0.05 - 0.5 с.

Достоинства газовой защиты: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждения внутри бака; сравнительно не большое время срабатывания; простота выполнения. Наряду с этим защита имеет ряд существенных недостатков, основным из которых является нереагирование ее на повреждения, расположенные вне бака, в зоне между трансформаторами и выключателями. Вследствие несовершенства конструкции современных газовых реле защиту приходится выводить из действия при попадании воздуха в бак трансформатора. В связи с этим газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.

5. Защита асинхронного двигателя

Выбор трансформатора тока

I_ном.АД = 42,8 А. По таблице 5.9 /2/ выбираем трансформатор тока типа ТПЛК-10:

I_1ном = 50 А, I_2ном = 5 А, k_ТА = 50/5

5.1 Токовая отсечка

Выполняется на реле КА1 и КА2 типа РТ-40/0.2, схема соединения ТТ и реле - ''неполная звезда'' (рисунок 6).

Ток срабатывания реле отсечки

,

где k_отс = 1.4…1.5 (для реле РТ-40/0.2);

I_пуск =5.4•I_ном = 5.4•42,8 = 231,2 А

А

Чувствительность токовой отсечки

,

где I_p.min = А.



Ток срабатывания защиты

I_с.з. = k_отс•I_{кз вн.max} = 1.4•0.872•1,375•10³ = 1678,6 А.

5.2 Защита от перегрузки

С независимой выдержкой времени выполняется на реле тока КА3 типа РТ-40/0.2 и реле времени КТ типа ВЛ-23.

Ток срабатывания реле защиты от перегрузки

,

где k_отс = 1.1…1.2.

А.

Время срабатывания выбирается на 20…30% больше времени пуска двигателя.

5.3 Защита АД от замыканий на землю

Выполняется на реле КА4 типа РТЗ-51, которое подключается к ТА2 типа ТЗЛМ, установленному в шкафу КРУ (рисунок 6).

Ток срабатывания защиты

I_с.з. = k_отс•I_уд•l = 3•0.43•1 = 1.29 А,

где I_уд - удельный емкостный ток линии (таблица 1 /1/).

Так как для защиты от замыкания на землю чувствительность не определяется то, необходимо проверить выполнение условия

,

Где

I_с? = 1.2•1.02•1.5+1.2•0.56•0.7+1.2•0.56•0.75 = 5.53 А

Рисунок 6. Схема защиты АД мощностью менее 5000 кВт



Литература

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть станций и подстанций: Справ. Материалы для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1989.

2. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г. Барыбина. Энергоатомиздат, 1990.

3. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. М.: Высшая школа, 1991.

4. Правила устройства электроустановок / М.: Энергоатомиздат, 1999.

Размещено на Allbest.ru