Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: «Релейная защита ЭЭС»

Содержание

Введение

Задание

1. Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения

2. Сопротивление кабельных линий КЛ L1 и L2

3. Расчёт токов короткого замыкания

4. Максимальная токовая защита трансформаторов. Т1;Т2

5. Дифференциальная защита трансформаторов Т1;Т2

6. Релейная защита кабельной линии L3;L4

7. Защита замыканий на землю

Список литературы

Введение

Релейная защита осуществляет автоматическую ликвидацию повреждений и ненормальных режимов в электрической части энергосистем и является важной системой автоматики , обеспечивающей их надёжную и устойчивую работу.

Расчёт релейной защиты заключается в выборе рабочих параметров срабатывания (уставок) как отдельных реле , так и комплексных устройств релейной защиты при соблюдении требований селективности, чувствительности.

Устройства релейной защиты должны обеспечивать минимально-возможное время отключения короткого замыкания в целях бесперебойной работы неповреждённой части системы и ограничения степени повреждения элементов схемы.

Цель курсового проектирования - научиться производить расчёты устройств релейной защиты и автоматики, выбор уставок защиты заданных присоединений: линий электропередач, двигателей понижающих трансформаторов.

Задание

На курсовую работу: Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения.

Студент: Бельский М.Ю. группа ЭСЗС вариант №9

Исходные данные.

Данные по системе, линиям, трансформаторам и двигателям.

Данные по потребителям 10 кВ Данные по потребителям 0,4кВ

1. Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения

Расчет ведем в именованных единицах, точным методом

Расчет эквивалентных сопротивлений

Сопротивление системы:

Uc - напряжение на шинах системы

Sк - мощность короткого замыкания

1.3 Сопротивление воздушной линии электропередачи:

Xo - удельное реактивное сопротивление ВЛ

l - длина ВЛ

Определим максимально рабочий ток ВЛ

Где К = 0,7 - допустимый коэффициент нагрузки силового трансформатора.

Данные элементам первичной схемы

Трансформатор

Т1-2 ТДН - 40 МВА 110/10,5 кВ Т3-4 ТДН - 10 кВА 10/0,4

Uк мин = 9,8 % Uк мин = 9,7 %

Uк ср = 10,5 % Uк мин = 10,5 %

Uк макс = 11,71 % Uк макс = 11,6 %

?Uрег = ±9х1,78 % ?Uрег = ±9х1,78 %

Двигатель

М1-2 СДН17-04-10УЗ М3-4 А102 - 2М

КПД = 96,6 % КПД = 94

P =5000 кВт P = 200 кВт

S=5760 кВт U=380 В

UH=10 кВ соsш=0,91

Uном = 110 кВ - среднее номинальное напряжение

Определим экономическое сечение провода В.Л.

где j = 1,6 А/мм2 - экономическая плотность [2]

Согласно приложения П9 выбираем ближайшее большее сечение S = 95 мм2, берем провод АС-70/11.

Iдоп. = 250 А > Iфорс. = 64 А

Сопротивление трансформатора с РПН, отнесенное к регулируемой стороне высокого напряжения:

Для трансформаторов 110 кВ у которых -ДUРПН напряжения к.з. uK% меньше среднего, а при +ДUРПН - больше среднего, значения хТР в именованных единицах, в омах, отнесенных к регулируемой стороне ВН, определяются по выражениям:

Uвн.ср - среднее напряжение, приведенное к стороне высокого напряжения согласно Uвн.ср. = 110 кВ.

2. Сопротивление кабельных линий КЛ L1 и L2

Сопротивления кабелей выбираем исходя из экономической плотности тока.

Максимальная нагрузка на кабельную линию L1(L2) с учетом работы АВР

Расчет тока через кабельную линию:

KЗ - коэффициент загрузки трансформатора = 0,8

Экономическое сечение кабеля:

где jэ = 1,5 А/мм2 - экономическая плотность

Принимаем 2 кабеля - 4 х БбШв 185 мм2 с Iдоп= 46 А. r=0,99 Ом/км.

Активное сопротивление

Реактивное сопротивление

длина кабельной линии КЛ1, КЛ2 = 2км.

Сопротивление кабельной линии

ZКЛ1 = ZКЛ2 = (r0 + jx0) =0,99 + j0,08 Ом

3. Расчет токов короткого замыкания

Расчет тока короткого замыкания в точке 1

Найдём сопротивление системы

;

Найдем ток трёхфазного короткого замыкания.

;

Найдем ток двухфазного короткого замыкания

;

Расчет токов К.З. в точке К2

где UС - междуфазное напряжение на шинах системы;

хУК1 - результирующее сопротивление до точки К3.

хУК1 = хС + хвл = 3,78 +16,8 = 20,58 Ом

Расчет токов короткого замыкания в точке К3

Приведение к нерегулируемой стороне низкого напряжения осуществляется по минимальному. Находим максимально возможный ток короткого замыкания коэффициенту трансформации:

Найдем ток двухфазного короткого замыкания.

;

Расчет токов короткого замыкания в точке К4

Рассчитываем эквивалентные сопротивления до шин РП

XЭмакс = Xc + XВЛ + Xтр.макс = 3,78+ 16,8 +31,7=52,28 Ом,

Сопротивление кабельной линии

Эквивалентные сопротивления до точки К4

Эквивалентное сопротивление до точки К4

Ток короткого замыкания в точке К4

Найдем ток двухфазного короткого замыкания.

;

Расчет тока короткого замыкания в точке К5

Найдём сопротивление трансформатора Т3 (4)

Найдем ток трёхфазного короткого замыкания.

Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К5

Проводим к низкой стороне

Найдем ток двухфазного короткого замыкания.

;

Результаты расчетов токов короткого замыкания сведены в таблицу:

Токи трехфазного короткого замыкания

Точка К.З.	К1	К2	К3	К4	К5
Значение тока	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН
max	17,59		3,14		2,1	22	1,03	10,7	0,506	5,3

Токи двухфазных коротких замыканий в точках

Точка К.З.	К1	К2	К3	К4	К5
Значение тока	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН	IВН	IНН
max	15,224		2,71		1,8	19	0,89	9,32	0,437	4,5

4. Максимальная токовая защита трансформаторов Т1;Т2

Выбираем уставку максимальной токовой защиты и токовой отсечки на понижающем двухобмоточном трансформаторе двухтрансформаторной подстанции. Максимальная защита состоит из одного комплекта: на стороне 110кВ с действием на выключение короткозамыкателя КЗ, при к.з. на шинах подстанции.

Первичные токи для всех обмоток защищаемого трансформатора, соответствующие его номинальной мощности:

Первичный номинальный ток со стороны ВН трансформатора,

Рассчитываем ток самозапуска нагрузки.

Эквивалентное сопротивление.

Ток самозапуска.

кн - коэффициент надежности для РТ 40=1,1

кВ-коэффициент возврата для РТ 40=0,85

Проверяется коэф чувствительности в основной зоне, для схем защиты линийс включением реле на фазные токи расчет производится по первичным токам повреждения и срабатывания защиты.

Коэф. чувствительности в зоне резервирования.

Время срабатывания МТЗ трансформатора (tтр):

tтр = tсв + ?t = 0,9 + 0,5 = 1,4 с.

tсв = tф + ?t = 0,4 + 0,5 = 0,9 с.

Где ?t = 0,5 с - ступень времени срабатывания

tф = 0,4 с - время срабатывания МТЗ фидера

tсв - время срабатывания МТЗ секционного выключателя

5.Дифференциальная защита трансформатора

Выбор типов трансформаторов тока, их коэффициенты трансформации и схемы соединений для всех сторон защищаемого трансформатора. Коэффициенты трансформации целесообразно выбирать такими, чтобы вторичные токи в плечах не превышали 5А.

Первичный номинальный ток со стороны НН трансформатора,

Выбираем трансформатор тока с коэффициентом трансформации

где I2 = 5 А - вторичный ток трансформатора тока.

Где nсх = 1 - для трансформаторов тока, соединенных в неполную звезду.

Трансформаторы выбираем типа ТГФ-110-400/5 на высокой стороне, и на низкой стороне ТЛМ-10-4000/5.

Определение вторичных токов в плечах защиты:

Выбор основной стороны защищаемого трансформатора. За основную принимают сторону, которой соответствует наибольший из вторичных токов в плечах защиты.

Выбираем высокую сторону.

Определяется первичный ток небаланса

Где Iнб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная погрешностью трансформатора тока;

Iнб.расч - составляющая тока небаланса, обусловленная регулированием напряжения защищаемого трансформатора;

Кодн = 1 - коэф., однотипности, принимаемый равный одному, если на всех сторонах трансформатора имеется не более одного выключателя;

= 0,1 - относительное значение тока намагничивния;

- половина регулировочного диапазона устройства РПН в о.е.

Ток срабатывания защиты

Iс3 = Котс · Iнб = 1,3 · 546 =709,8 А

Где Котс = 1,3 - коэффициент отстройки от броска намагничивающего тока, для РНТ 565

Ток срабатывания реле (предварительный)

Число витков обмоток защищаемого трансформатора.

Число витков обмоток не основной стороны трансформатора

Где Fср = 100 А витков - магнитодвижущая сила для срабатывания реле РНТ 565.,принимаем =6 витков.

Число витков обмоток не основной стороны трансформатора

Принимаем ближайшее целое число =10 витков.

Iнб = Iнб.расч. + Iнб.расч.

Iнб = 546+34 =580А Iс3 = Котс · Iнб = 1,3 · 580 =754 А ?767,6 А

Расчет повторяется для нового значения Iс.з. неоснов



Число витков обмоток защищаемого трансформатора.

Число витков обмоток не основной стороны трансформатора

Где Fср = 100 А витков - магнитодвижущая сила для срабатывания реле РНТ 565.,принимаем =6 витков.

Число витков обмоток не основной стороны трансформатора

Принимаем ближайшее целое число =10 витков.

Iнб = Iнб.расч. + Iнб.расч.

Iнб = 546+34 =580А Iс3 = Котс · Iнб = 1,3 · 580 =754 А ?767,6 А

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности

Защита от перегрузки

Защита от перегрузки устанавливается в одной фазе и действует на сигнал.

Ток срабатывания защиты:

Iном - номинальный ток обмотки трансформатора с учетом регулирования напряжения, на стороне которого установлено реле.

Время срабатывания защиты от перегрузки

tс3 = t · Котс

Газовая защита

Защита выполняется на реле РГЧЗ-66. Реагирует на газообразование внутри трансформатора, возникающего в результате разложения масла или разрушения изоляции под действием значительных повышений температуры.

При значительном повреждении, вызывающем бурное выделения газа, повышается давление внутри бака и создается перетек масла в сторону расширителя, воздействующий на отключающий элемент. Последний срабатывает при повышении заданной скорости масла. При этом газ из бака трансформатора попадает в газовое реле и вызывает срабатывание сигнального элемента, а затем действия срабатывающего элемента.

Оба элемента газового реле могут также подействовать при снижении уровня масла ниже газового реле.

Сигнальный орган газовой защиты срабатывает, когда объем газа в реле достигнет 4002.

Чувствительность отключающего элемента, может изменяться в зависимости от скорости потока масла 0,6м/сек - 1,2м/сек.

Выдержка времени отключающего элемента составляет 0,1-0,15 с при скорости потока масла, превышающей его уставку в 1,5 раза.

6. Релейная защита кабельной линии

Согласно ПУЭ на кабельной линии устанавливают:

- максимальную токовую защиту МТЗ;

- токовую отсечку ТО;

- защиту от однофазных замыканий на землю.

Расчет максимальной токовой защиты

Максимальная нагрузка на кабельную линию L1(L2) с учетом работы АВР

Расчет тока через кабельную линию:

Максимальный рабочий ток КЛ1 (кл2)

Iкл.макс = 454 А

Ток срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ)

Где Котс = 1,2 - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность реле.

Ксз - коэффициент самозапуска, значение котоого зависит от вида нагрузки.

Кв = 0,85 - коэффициент возврата.

Ксз - коэффициент самозапуска для линий, питающих промышленную нагрузку, можно определить по формуле:

где =1030 А - ток, трехфазного короткого замыкания в точке К4, к которой подключена нагрузка.

При раздельной работе двух линий с устройством автоматического ввода резерва (АВР) на секционного выключателе и действии АВР после отключения одной из них, бездействие МТЗ оставшейся в работе линии будет обеспечено выбором тока срабатывания защиты:

релейная защита трансформатор ток

где Котс = 1,5 - коэффициент, учитывающий увеличение тока по кабельной линии КЛ1 из-за напряжения при подключении к ней затормозившихся двигателей.

За расчетный ток срабатывания защиты принимается наибольший из токов

Iс3 = 1646 А.

Ток срабатывания реле,

где Ксх = 1 - коэффициент схемы

- коэффициент трансформации для трансформаторов тока ТПЛК-10

Время срабатывания МТЗ

Время срабатывания МТЗ выбирается из условий селективности защиты и термической стойкости защищаемого элемента. Время срабатывания последующей защиты (расположенной ближе к источнику питания)

где ?t = 0,5 с - ступень селективности для защиты с независимой характеристикой выдержкой времени;

tпред = 0,4 с - максимальное время срабатывания защиты на РП (задание)

Коэффициент чувствительности защиты

Кч = 6,5 ? 1,5 - защита чувствительна.

Расчет токовой отсечки без выдержки времени

Ток срабатывания токовой отсечки

Ток срабатывания токовой отсечки выбираем по условию отстройки от максимального тока короткого трехфазного замыкания в конце линии:



где Котс = 1,2

Коэффициент чувствительности защиты

где - ток двухфазного короткого замыкания в начале защищаемого участка.

1,4 < 1,2 - защита чувствительна.

7. Защита замыканий на землю

Ток срабатывания защиты выбирают из условия несрабатывания защиты при внешнем однофазном замыкании на землю.

Iс3 = Котс · Iсл · Кб = 1,2 · 4,4 · 2,5 = 13,2 А

Где Котс = 1,2-1,3 - коэффициент отстройки;

Кб = 2-2,5 - коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока в момент зажигания дуги;

Iс - установившееся значение собственного емкостного тока защищаемого присоединения.

Емкостной ток кабельной линии Iсл можно рассчитать, А:

Iсл = Iс0 · L · m = 1,1 · 2 · 2 = 4,4 А

где Ic0 = 1,1 - удельный емкостной ток однофазного замыкания на землю А/км;

L = 2 длина линии, км;

m = 2 - число кабелей в линии.

Емкостной ток суммарной кабельной линии IслУ, А:

IслУ = Iс0 · L · m = 1,1 · 42 · 2 = 92,4 А

где, L = 92,4 - суммарная длина линии км.

Коэффициент чувствительности защиты.

- защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

Время действия и характеристики защиты выбираются по условию согласования с предыдущей защитой.

Список использованной литературы

Релейная защита электроэнергетических систем. Методические указания. В.С. Пастухов.

Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. М.А. Шабад. Л.: Энергоатомиздат. Ленинградское отделение. 1985г.

Релейная защита распределительных сетей. Я.С.Гельфанд. М.: Энергоатомиздат. 1987г.

Релейная защита линий с ответвлениями. А.Н.Кожин, В.А.Рубинчик. М,: Энергия 1967г.

Основы техники эксплуатации релейной защиты. М.А.Беркович, В.А.Семенов. М,Л,: Энергия. 1965г.

1. Размещено на www.allbest.ru