Расчет устройств релейной защиты и автоматики систем электроснабжения

Определение параметров схемы замещения и расчет функциональных устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения. Характеристика электроустановки и выбор установок защиты заданных присоединений: электропередач, двигателей, трансформаторов.

Рубрика Физика и энергетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 23.06.2011
Размер файла 422,5 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Министерство образования Российской Федерации

Дальневосточный Государственный Технический Университет

ИРИЭТ

ЭТФ

Кафедра электроэнергетики

Курсовая работа

Расчет устройств релейной защиты и автоматики систем электроснабжения“

вариант 1

Владивосток 2011

СОДЕРЖАНИЕ

1. Введение

2. Исходные данные

3. Расчет токов короткого замыкания

3.1 Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения

3.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К1

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К2

3.4 Расчет токов короткого замыкания в точке К3

3.5 Расчет токов короткого замыкания в точке К4

3.6 Расчет токов двухфазного короткого замыкания

4. Защита кабельных линий от ГПП к РП

4.1 Расчет максимальной токовой защиты

4.2 Токовая отсечка без выдержки времени

5. Защита электродвигателей

5.1 Защита от многофазных КЗ

5.2 Защита от замыканий на землю обмотки статора

5.3 Защита от токов перегрузки

5.4 Расчет защиты минимального напряжения

6. Релейная защита понижающих трансформаторов

6.1 Защита от коротких многофазных замыканий в обмотках и на выводах

6.2 Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями

6.3 Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой

6.4 Газовая защита

7. Расчетная проверка трансформаторов тока для РЗ

7.1 Расчетная проверка на 10% полную погрешность

7.2 Расчетная проверка надежного замыкания контактов электромеханических реле

7.3 Предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях трансформатора тока

8. Список литературы

1. ВВЕДЕНИЕ

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

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

Устройства РЗ должны обеспечивать минимально-возможное время отключения короткого замыкания (КЗ) в целях сохранения бесперебойной работы неповреждённой части системы и ограничения степени повреждения элемента системы.

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

автоматика устройство реле защита электроснабжение

2. Исходные данные

Студент группа вариант 1

Система

Напряжение 35 кВ

Мощность короткого замыкания SК 1000МВ·А

Длина питающей линии ВЛ1 (ВЛ2) 12 км

Главная понизительная подстанция.

Напряжение 6 кВ

Тип и мощность трансформатора ТМН -1600

Нагрузка кабельной линии КЛ1 (КЛ2), РКЛ1max= РКЛ2max 0,5 МВт
tg 0,2
Длина кабельной линии КЛ1 (КЛ2)1,4 км
Суммарная длина кабельных линий9 км

Распределительный пункт (РП)

Тип и мощность электроустановки АД - 200 кВт (неотв)

Длина КЛ от электроустановки до РП 20 м

Тип привода выключателя пружинный

Максимальное время срабатывания защиты на РП0,5 с

3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

Расчёт токов короткого замыкания необходим для выбора принципов и основных параметров защиты.

Для расчётов параметров срабатывания защит должны быть рассчитаны максимальные токи КЗ, а для оценки чувствительности - минимальные,

Рис. 1 Схема соединения системы электроснабжения

3.1 Расчет параметров схемы замещения системы электроснабжения

Схема замещения системы электроснабжения представлена на рис.2

Сопротивление системы:

Сопротивление воздушной линии электропередачи:

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

Сопротивление кабельных линий КЛ1 и КЛ2

Сопротивления кабелей выбираем исходя из экономической плотности тока.

Максимальная полная мощность кабельной линии

Экономическое сечение КЛ1 и КЛ2

Согласно табл. 7.28 /7/ выбираем ближайшее большее сечение

Sст=35 мм2:

Сопротивление кабельной линии

Сопротивление кабельной линии от РП до электроустановки:

В качестве электроустановки - асинхронный двигатель АЗ 12 - 35 - 8У4, Рном = 200 кВт, cosном = 0,81, Iп / Iном = 5

Номинальный ток двигателя

Экономическое сечение

Стандартное сечение, согласно табл. 7.28 /7/ qст =25 мм2:

Сопротивление кабельной линии

3.2 Расчет токов короткого замыкания в точке К1

Находим максимально возможный ток короткого замыкания:

3.3 Расчет токов короткого замыкания в точке К2

Находим максимально возможный ток короткого замыкания

Приведение к нерегулируемой стороне низкого напряжения осуществляется по минимальному коэффициенту трансформации:

Минимально возможный ток короткого замыкания

3.4 Расчет токов короткого замыкания в точке К3

Рассчитаем эквивалентные сопротивления до шин ГПП

Сопротивления кабельной линии

Эквивалентные сопротивления до точки К3

Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К3:

Приводим к низкой стороне

Минимально возможный ток короткого замыкания в точке К3

3.5 Расчет токов короткого замыкания в точке К4

Аналогично как для точки К3 рассчитаем сопротивления:

Сопротивления кабельной линии

Эквивалентные сопротивления до точки К4

Максимально возможный ток короткого замыкания в точке К4:

Приводим к низкой стороне

Минимально возможный ток короткого замыкания в точке К4:

Результаты расчетов токов короткого замыкания сведены в таблицу:

Таблица 3.1. - Токи трехфазного короткого замыкания

Точка к.з.

К1

К2

К3

К4

Значение тока

IВН

IНН

IВН

IНН

IВН

IНН

IВН

IНН

max

3,35

0,416

2,33

0,309

1,73

0,29

1,627

min

3,35

0,267

1,795

0,205

1,378

0,196

1,32

3.6 Расчет токов двухфазного короткого замыкания

Ток двухфазного короткого замыкания рассчитывается согласно выражению:

Результаты расчетов токов двухфазных коротких замыканий сведены в таблицу.

Таблица 3.2 - Токи двухфазных коротких замыканий в точках

Точка к.з.

К1

К2

К3

К4

Значение тока

IВН

IНН

IВН

IНН

IВН

IНН

IВН

IНН

max

2,9

0,36

2,02

0,27

1,49

0,25

1,41

min

2,9

0,23

1,55

0,18

1,193

0,17

1,14

4. Защита кабельной линии от ГПП к РП

Для линий 6-10 кВ с изолированной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных КЗ и замыканий на землю.

Защиту от многофазных КЗ следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения с большей вероятностью только одного места повреждения при двойных замыканиях на землю и исключения несрабатывания защиты при двойных замыканиях в фазах, где не установлены трансформаторы тока.

На одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных КЗ должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки (ТО), а вторая - в виде максимальной токовой защиты (МТЗ).

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена в виде: - селективной (устанавливающей повреждённое направление), действующей на сигнал;

– селективной, действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности.

4.1 Расчет максимальной токовой защиты

Максимальный рабочий ток в КЛ1 и КЛ2

Ток срабатывания максимальной токовой защиты (МТЗ) в общем виде

где - коэффициент отстройки, самозапуска, и возврата реле соответственно. Для защит линий, имеющих выключатели с пружинным приводом, максимальную токовую защиту и токовую отсечку выполняют на встроенных в привод выключателя реле прямого действия типа РТВ, имеющего ограниченно зависимую характеристику выдержки времени, и реле типа РТМ мгновенного действия. В исходных данных привод выключателя является пружинным, поэтому

Коэффициент самозапуска для линий, питающих промышленную нагрузку можно определить:

где - ток, трехфазного короткого замыкания в точке К3, к которой подключена нагрузка.

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

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

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

где - время срабатывания предыдущей защиты (взято согласно заданию); - ступень селективности.

Принимаем однорелейную схему защиты на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания реле

где - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Трансформатор тока выбираем по удвоенному рабочему току линии Коэффициент чувствительности защиты:

где - ток двухфазного короткого замыкания в конце защищаемого участка сети в минимальном режиме.

4.2 Токовая отсечка без выдержки времени

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

где - взято из табл. 4.1. /1/.

При выполнении МТЗ на реле типа РТВ отсечка выполняется с помощью реле РТМ.

Коэффициент чувствительности защиты для однорелейной схемы:

где - ток трехфазного короткого замыкания в месте установки отсечки.

Коэффициент чувствительности защиты для двухрелейной схемы:

В данном случае использование токовой отсечки нецелесообразно.

5. Релейная защита электродвигателя

На электродвигателях должны предусматриваться защиты от много фазных КЗ, от однофазных замыканий на землю, защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения.

5.1 Защита от многофазных КЗ

Для защиты двигателя от многофазных КЗ должна предусматриваться токовая однорелейная отсечка без выдержки времени с реле, включенного на разность токов двух фаз.

Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя:

где Котс - коэффициент отстройки, учитывающий помимо апериодических составляющих в токе реле при переходных режимах ещё и погрешности реле, и необходимый запас. Для реле РТМ Котс = 2;

КП =5 - кратность пускового тока;

IД.Н. = 23,76 А - номинальный ток двигателя.

Ток срабатывания реле:

где К.сх = - коэффициент схемы в режиме трёхфазного КЗ.

КI = 30/5 = 6 - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Трансформатор тока выбираем по IД.Н. = 23,76 А

Проверяем коэффициент чувствительности для отсечки:

где - вторичный ток двухфазного КЗ на выводах двигателя при минимальном режиме питающей схемы;

где - минимальный ток КЗ в конце защищаемого участка.

Значение К.ч должно быть не менее 2, т.е. токовая однорелейная отсечка удовлетворяет требованиям чувствительности.

Защита от замыканий на землю обмотки статора

Защита от однофазных замыканий на землю для двигателей мощностью до 2 МВт должна предусматриваться при токах замыкания на землю 10 А и более. Рассчитаем ток однофазного замыкания на землю:

I'кз < 10 А, значит защиту можно не устанавливать.

Защита от токов перегрузки

Защиту от перегрузки устанавливают в одной фазе, отстроенной от длительности пуска двигателей в нормальных условиях и условиях самозапуска.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется по условию отстройки от номинального тока двигателя:

где Котс =1,1; Кв =0,7 - для реле РТВ.

Ток срабатывания реле:

Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается из условия надежного несрабатывания при пуске двигателя:

tCЗ = Котс * tп

где Котс = 1,2-1,3;

tп - время пуска двигателя, не подлежащего самозапуску.

Расчет защиты минимального напряжения

Для облегчения условий восстановления напряжения после отключения КЗ следует предусматривать отключение защитой минимального напряжения двигателей неответственных механизмов.

Т.к. заданы неответственные двигатели, то самозапуск у них не предусмотрен, то а tСЗ tпп .

Тогда напряжение срабатывания защиты:

6. Релейная защита понижающих трансформаторов

На трансформаторах должны быть предусмотрены следующие защиты:

Защита от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах;

Защита от однофазных коротких замыканий в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью;

Защита от витковых замыканий в обмотках;

Защита от токов в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

Защита от токов в обмотках обусловленных перегрузкой;

Защита от понижений уровня масла;

Защита от замыканий на землю в сетях 6-10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

6.1 Защита от многофазных коротких замыканий в обмотках и на выводах

Для защиты от повреждений в обмотках и на выводах предусматривается токовая отсечка без выдержки времени, т.к. мощность трансформатора менее 6,3 МВА. Защита устанавливается на стороне питания, если не предусматривается дифференциальная защита. Ток срабатывания защиты:

где - для реле РТ-40, - максимальное значение тока трехфазного короткого замыкания за трансформатором, приведенное к стороне высокого напряжения, где установлена токовая отсечка.

КI = 50/5 = 20 - коэффициент трансформации трансформатора тока.

Ток срабатывания реле:

6.2 Защита от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями

На трансформаторах мощностью 1 МВА и более в качестве защиты от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, должна быть предусмотрена максимальная токовая защита.

Ток срабатывания защиты:

где - значение максимального рабочего тока в месте установки защиты;

Котс = 1,2; Кз = 2,33 (см. п.4.1); Кв = 0,85 для реле РТ - 40.

Ток срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности для МТЗ должен быть не менее 1,5 при коротком замыкании в основной зоне и не менее 1,2 в зоне резервирования.

Коэффициент чувствительности с учетом того, что трансформаторы тока соединены в полную звезду:

Время срабатывания МТЗ:

6.3 Защита от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой

Ток срабатывания защиты от перегрузки:

6.4 Газовая защита

Газовая защита предназначена для защиты силовых трансформаторов с масляным заполнением, снабженными расширителями, от всех видов внутренних повреждений (витковые замыкания, понижение уровня масла, междуфазное короткое замыкание внутри трансформатора).

При незначительном газообразовании газовая защита действует на предупредительный сигнал. При бурном газообразовании или при сильном снижении уровня масла, газовая защита дает команду на отключение трансформатора.

К установке принимаем реле РГ 43-66.

7. РАСЧЕТНАЯ ПРОВЕРКА ТРАНСФОРМАТОРОВ ТОКА

Трансформаторы тока предназначены для питания токовых устройств релейной защиты и должны удовлетворять следующим требованиям:

1. полная погрешность трансформаторов тока не должна превышать 10%.

2. токовая погрешность в целях предотвращения отказов защиты при КЗ в начале защищаемой зоны не должна превышать:

а) по условиям повышенной вибрации контактов реле направления мощности или реле тока - значений, допустимых для выбранного типа реле;

б) по условиям предельно допустимой для реле направления мощности и направленных реле сопротивлений угловой погрешности - 50%.

3. напряжение на выводах вторичной обмотки трансформаторов тока при КЗ в защищаемой зоне не должно превышать значения, допустимого для устройства РЗ и А.

7.1 Расчетная проверка на 10% полную погрешность

Для проверки выберем трансформатор тока, питающий схему релейной защиты силового понижающего трансформатора на стороне высшего напряжения: ТФНД - 35М I1ном = 50А, I2ном = 5А.

Проверку производим по кривым предельной кратности. Предельную кратность определяем по формуле:

где I1ном = 50А - первичный номинальный ток трансформатора тока;

I1расч - первичный расчетный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10%,

Для токовых защит с независимой характеристикой, в том числе для токовых отсечек (реле РТ - 40)

I1расч = 1,1* IС.З. = 1,1*582 = 640,2 А

Допустимая нагрузка на трансформатор тока определяется по кривой кратностей трансформатора тока согласно /6/ для К10=12,8, соответствующей типу трансформатора тока и коэффициенту трансформации.

Определяем фактическое расчетное значение сопротивления нагрузки трансформатора тока, которое зависит от сопротивления реле, контактов и соединительных проводов

где rПР - сопротивление соединительных проводов;

rК - сопротивление контактов, rК = 0,05 Ом, т.к. подключено три реле;

ZР - сопротивление реле.

Определим сопротивление соединительных проводов:

где l - длина провода от трансформатора до реле, 70 м;

=0,0175 Ом*мм2/м - удельное сопротивление медных проводов;

S - сечение жилы провода, мм2, S = 4.

Определим сопротивления обмоток реле: РТ 40/100, РТ 40/20 и РТ 40/6

где Sпот - мощность, потребляемая реле, соответственно для реле равна 1,8, 0,5 и 0,5 ВА. I2ном =5А - номинальный вторичный ток трансформатора тока.

Расчетная нагрузка на трансформатор тока:

Сравниваем расчетную нагрузку с допустимой: условие выполняется, значит, трансформатор тока удовлетворяет условиям 10%-ной погрешности.

7.2 Расчетная проверка надежного замыкания контактов электромеханических реле

Значение допустимой токовой погрешности fДОП, при котором обеспечивается надежное замыкание контактов, зависит от типа защиты и реле. Для максимальной токовой отсечки на реле РТ - 40

fДОП,= 50%.

Максимальное значение токовой погрешности fMAX, определяется при максимальном значении тока при КЗ в месте установки защиты IК1 max.

Рассчитывается максимальная кратность для принятого трансформатора тока с первичным током I1ном:

Определяем коэффициент А:

где К10доп - предельная кратность, соответствующая значению фактической расчетной нагрузки , определяется по кривой предельных кратностей, К10доп = 45.

По кривой А = (f) определяем fMAX, = 25%, т.е. условие fMAX,< fДОП выполняется.

7.3 Предотвращение опасных перенапряжений во вторичных цепях трансформатора тока

Амплитудное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока:

где = 1000 В.

221,72 < 1414,21,

т.е. третье требование к трансформаторам тока выполняется.

Рис. 1 Схема релейной защиты кабельной линии

а) цепи переменного тока

б) цепи постоянного оперативного тока

Рис. 2 Схема релейной защиты асинхронного двигателя

а) цепи переменного тока

б) цепи постоянного оперативного тока

Рис. 3 Схема релейной защиты понижающего трансформатора KT

а) цепи переменного тока

б) цепи постоянного оперативного тока KA4

8. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Методические указания к курсовому проектированию для студентов “Релейная защита и автоматика элементов систем электроснабжения”. - В.: ДВГТУ, 2000.

2. Правила устройства электроустановок./ Минэнерго СССР - 6-е издание,перераб.и допол.,.-М: Энергоатомиздат,1986. - 648с.

3. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ. Расчеты.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Руководящие указания по релейной защите. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110 - 500 кВ. Схемы.- М.: Энергоатомиздат, 1985.

5. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991. - 496с.

6. Королев Е.П., Либерзон Э.М. Расчет допустимых нагрузок в токовых цепях релейной защиты. - М.: Энергия, 1980.

7. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. Пособие для вузов. -4-е изд., перераб. и допол. -М.:Энергоатомиздат.1989. - 608 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Анализ нормальных режимов сети. Определение значений рабочих токов и токов короткого замыкания в местах установки устройств защиты, сопротивления линий электропередачи. Выбор устройств релейной защиты и автоматики, расчет параметров их срабатывания.

    курсовая работа [1,4 M], добавлен 03.01.2015

  • Анализ существующей схемы режимов электропотребления. Расчет режимов работы подстанции, токов короткого замыкания в рассматриваемых точках системы электроснабжения. Выбор устройств релейной защиты и автоматики. Общие сведения о микропроцессорных защитах.

    курсовая работа [355,6 K], добавлен 18.01.2014

  • Расчет токов короткого замыкания. Выбор тока плавкой вставки предохранителей для защиты асинхронного электродвигателя. Параметры установок автоматов. Чувствительность и время срабатывания предохранителя. Селективность между элементами релейной защиты.

    дипломная работа [2,8 M], добавлен 24.11.2010

  • Расчет релейной защиты заданных объектов, используя реле указанной серии в соответствии с расчетной схемой электроснабжения. Расчета токовой защиты и токовой отсечки асинхронного двигателя. Расчеты кабельной линии от однофазных замыканий на землю.

    курсовая работа [178,6 K], добавлен 16.09.2010

  • Модернизация релейной защиты подстанции 110/35/10 кВ "Буда-Кошелёво". Совершенствование противоаварийной автоматики на подстанции, электромагнитной совместимости электрооборудования. Охрана труда и безопасность при эксплуатации устройств релейной защиты.

    дипломная работа [576,1 K], добавлен 15.09.2011

  • Применение в системах электроснабжения устройств автоматики энергосистем: синхронных компенсаторов и электродвигателей, регуляторов частоты вращения. Расчет токов короткого замыкания; защиты питающей линии электропередач, трансформаторов и двигателей.

    курсовая работа [376,3 K], добавлен 23.11.2012

  • Выбор и расчет устройства релейной защиты и автоматики. Расчёт токов короткого замыкания. Типы защит, схема защиты кабельной линии от замыканий. Защита силовых трансформаторов. Расчетная проверка трансформаторов тока. Оперативный ток в цепях автоматики.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 08.01.2012

  • Анализ особенностей энергосистемы. Требования ПУЭ к выполнению основных и резервных защит. Измерение, регистрация, сигнализация блоками Micom. Выбор устройств автоматики, устанавливаемых на одиночной линии электропередач. Расчет параметров срабатывания.

    курсовая работа [481,8 K], добавлен 24.04.2014

  • Выбор линий электропередач для системы электроснабжения. Определение номинального первичного тока трансформатора. Анализ схемы замещения для расчёта токов короткого замыкания. Вычисление сопротивления асинхронных двигателей при номинальной нагрузке.

    курсовая работа [355,8 K], добавлен 08.06.2017

  • Выбор системы релейной защиты блока генератор-трансформатор электрической станции. Расчет уставок срабатывания и разработка схемы подключения выбранных устройств релейной защиты. Техническое обслуживание дифференциального устройства защиты типа ДЗТ-21.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 22.02.2015

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.