Методические указания к курсовой работе для специальности 1004 «Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий»
СОДЕРЖАНИЕ: Н 67 Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий; Методические указания; Оренб госуд техн университет – Оренбург, 2004. сМинистерство образования Российской Федерации
Орский гуманитарно-технологический институт (филиал)
ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»
Механико-технологический факультет
Кафедра электроснабжения и электропривода
Методические указания
К курсовой работе для специальности 1004
«Релейная защита и автоматика систем
электроснабжения промышленных
предприятий»
Орск 2004
ББК 31.27 – 05
Н 1.67
УДК 621.316.925
Рецензенты
кандидат технических наук Н.С. Дугин
Цапенко В.Н.
Нагорный Ф.Д.
Н 1.67 Релейная защита и автоматика систем электроснабжения промышленных предприятий; Методические указания; Оренб. госуд. техн. университет – Оренбург, 2004. - с.
Приведена краткая теория расчёта основных защит элементов системы электроснабжения промышленных предприятий, приведён перечень рекомендованной литературы.
Методические указания предназначены для выполнения курсовых работ по дисциплине «Релейная защита и автоматика» для студентов специальности 1004.
Нагорный Ф.Д.2004
Содержание
ВВЕДЕНИЕ.....................................................................................................
1. Методические указания и задания на курсовую работу............................
1.1 Порядок выполнения курсовой работы..........................................................
1.2 Форма 1......................................................................................................
1.3 Технические данные элементов схем электроснабжения.........................
1.4 Схемы электроснабжения.........................................................................
2. Методические указания к расчету защит потребителей электроэнергии………………………………………………….
2.1 Защита трансформаторов.................................................................................
2.1.1 Токовая отсечка...........................................................................
2.1.2. Продольная дифференциальная защита................................
2.1.3. Газовая защита..........................................................................
2.1.4. Защита от ненормальных режимов.........................................
2.1.5. Токовая защита от перегрузок.................................................
2.2. Защита асинхронных и синхронных электродвигателей выше 1000 В.......
2.2.1. Защита от перегрузки................................................................
2.2.2. Минимальная защита напряжения..........................................
2.3. Защита низковольтных электродвигателей.....................................................
Список использованных источников…………………………………………...
Приложение………….....................................................................................
ВВЕДЕНИЕ
Системы электроснабжения являются сложными производственными объектами кибернетического типа, все элементы которых участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера. Поэтому надежное и экономичное функционирование систем электроснабжения возможно только при автоматическом управлении ими. Для этой цели используется комплекс автоматических устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и автоматики.
Задачей изучения дисциплины является овладение принципами построения устройств релейной защиты и автоматики, их схемами, а также особенностями применения этих устройств в различных системах электроснабжения; приобретения навыков самостоятельного решения инженерных задач по расчету и выбору параметров устройств релейной защиты и автоматики конкретного элемента системы электроснабжения и в регулировке этих устройств.
Изучение данной дисциплины базируется на знаниях, полученных студентами в предшествующих дисциплинах: Теоретические основы электротехники, Электрические машины, Электрические системы и сети, Промышленная электроника и информационно - измерительная техника, Электрические станции и подстанции систем электроснабжения, Переходные процессы в системах электроснабжения. В свою очередь, знания, полученные по Релейной защите и автоматике являются основой для изучения дисциплин по электроснабжению.
В курсовой работе на основе параметров нормального и аварийного режимов заданной системы электроснабжения студенты выбирают с учетом требования ПУЭ устройства защиты и автоматики, определяются их параметры срабатывания, чувствительность и селективность. Все схемы релейной защиты и автоматики должны быть вычерчены согласно действующих ГОСТов. Положение контактов реле, а также контактов других коммутационных аппаратов на принципиальных схемах релейной защиты соответствуют обесточенному состоянию аппарата.
В конце настоящего пособия указана литература, изданная до 1991 года. Студентам необходимо самостоятельно обращаться к новейшим источникам технической информации, обязательно делая в тексте пояснительной записки ссылки на используемую литературу.
1. Методические указания и задания на курсовую работу.
Выбор варианта задания на курсовую работу производится из табл. 12 по трем признакам: первой букве фамилии, последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки. Варианты выполняемой расчетной работы указанные в табл. 3, выбираются по первой букве фамилии студента.
Порядок выполнения курсовой работы
1.1. Пользуясь ПУЭ и табл. П.6 настоящего пособия необходимо выбрать объем и перечень релейной защиты и автоматики следующих элементов системы электроснабжения предприятия (рис. 1-4) с учетом, что потребители относятся к I и II категориям:
1.ЛЭП 35220 кВ.;
2. кабельных линий 61 0 кВ.;
3. трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП);
4. цеховых трансформаторов (ТП);
5. синхронных и асинхронных двигателей (СД и АД);
6. трансформаторов электродуговых печей (ДСП);
7. трансформаторов полупроводниковых преобразовательных подстанций (КПП);
8. конденсаторных батарей (ККУ).
Например согласно ПУЭ на трансформаторах ГПП мощностью 6,3 МВА устанавливаются следующие виды защит и автоматики:
|
|
3. максимальная токовая защита на стороне высшего напряжения с
|
|
5. автоматическое регулирование трансформаторов под нагрузкой
|
|
|
Выбранный объем релейной защиты и автоматики элементов системы указать на однолинейной схеме электроснабжения (рис. 1-4) условным обозначением.
1.2 Для элементов системы электроснабжения, указанных в табл. 3 и отмеченных знаком «+» и их техническим данным табл. 1-2, П1-П6, выбрать и начертить полные принципиальные схемы защит, произвести расчет уставок токовых, дифференциальных реле, чувствительность защит, выдержки времени максимальных токовых защит (МТЗ). После завершения всех расчетов необходимо построить карту селективности токовых защит [1].
1.3 Начертить полную принципиальную схему одной из применяемых схем автоматики (АВР, АПВ, РПН, АРВ, АРКОН), выбрать уставки их срабатывания и кратко описать их назначение и принцип работы.
При выполнении курсовой работы рекомендуется использовать типовые схемы защит, автоматики и методику расчета, указанные в современной учебной и справочной литературе [2, 3, 4]. Для расчета токовых отсечек, дифференциальной защиты трансформатора ГПП и проверки выбранных токов защит по чувствительности необходимо предварительно произвести расчет токов трехфазного и двухфазного коротких замыканий в точках К2-К4. Методику расчета токов короткого замыкания позаимствовать из учебников по дисциплине «Электромагнитные переходные процессы в электрических системах» [5].
При составлении схем замещения следует учитывать, что секционные выключатели сборных шин ГПП, ГРП и РП в нормальном режиме питания выключены и питающие линии и трансформаторы ГПП работают раздельно, а сопротивление системы или ТЭЦ до точки К1 определяется по выражению:
xc = U2 cp /Sкз1 (1.1)
или в относительных единицах:
x* c = Sб ./S кз1 , при Sc = (1.2)
x * c = Sc (тэц) / S кз 1 (1.3)
где: хс - индуктивное сопротивление системы;
х* с - относительное индуктивное сопротивление системы;
S с , Sтэц , S б , Sk з1 - мощности, соответственно, - системы, ТЭЦ,
базисная мощность, мощность короткого замыкания в точке К1;
Ucp - среднее напряжение линии.
В расчетах токов короткого замыкания можно пренебречь активным сопротивлением ЛЭП, кабельных линий, цеховых трансформаторов, синхронных и асинхронных двигателей, если:
х* (1/3) r *
Двухфазный ток короткого замыкания для проверки чувствительности токовых защит определяется из выражения:
I(2) кз =0,87·I(3) кз
Однофазный ток замыкания на землю в сетях 6-10 кВ. принять условно в пределах 8 15 А.
Для расчета токовых защит ток нагрузки можно выбрать по номинальной мощности защищаемого элемента (трансформатора, двигателя), допустимому току кабельной линии, а максимальный ток с учетом эксплуатационных перегрузок (или тока самозапуска) увеличить в 23 раза. Трансформаторы тока выбрать в 1,52,0 раза больше номинального тока защищаемого элемента. Карта селективности строится для токовых защит (МТЗ и ТО), при этом производится графическое согласование [3] время – токовых характеристик защит последовательных элементов системы электроснабжения напряжением 0,4(0,69)6(10)35(220) кВ.
При выборе выдержки времени МТЗ цеховых трансформаторов учесть, что время действия селективного автомата А при к.з. на стороне 0,40,69 кВ. равно t=0,250,4с, а ступень выдержки времени t=0,50,7с.
Для питания трансформаторов КПП, электродвигателей принять длину кабелей в пределах 200500м, а сечение по допустимому току нагрузки кабеля марки ААБ-6(10)-(Зх95Зх150).
Оформление курсовой работы должно удовлетворять общепринятым требованиям [6, 7]. В объем выполняемой курсовой работы входит пояснительная записка со схемами защиты и автоматики в пределах 15-20 страниц.
Пояснительная записка выполняется от руки чернилами и представляет собой текстовую часть курсовой работы, оформленную в виде переплетенной брошюры. Записка начинается титульным листом (форма 1), на котором указывается тема курсовой работы, фамилии и подписи руководителя и исполнителя. За титульным листом следует задание с исходными данными, оглавление, введение, основное содержание работы, выводы, список используемой литературы.
Схемы релейных защит и автоматики выполняются в карандаше на чертежной или миллиметровой бумаге с соблюдением действующих ГОСТов на листах формата А4 и вкладываются в записку
Таблица 1
Номера вариантов по последней цифре номера зачетной книжки и первой букве фамилии студента (первая половина алфавита).
Первая буква фамилии студента А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, 3, И, К, Л, М, Н, О |
|||||||||||
Последняя цифра номера зачетной книжки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Схема электроснабжения, рис. |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
1 |
2 |
|
1 |
Мощность системы, МВА |
1000 |
900 |
800 |
950 |
700 |
800 |
600 |
|||
2 |
Мощность к.з. системы в т. К1 , МВА |
1200 |
950 |
1000 |
1200 |
950 |
1100 |
850 |
900 |
700 |
1500 |
3 |
Напряжение системы, кВ. |
115 |
115 |
115 |
220 |
115 |
115 |
37 |
37 |
37 |
220 |
4 |
Мощность трансформатора ГПП, МВА |
16 |
25 |
10 |
40 |
16 |
40 |
10 |
25 |
6,3 |
63 |
5 |
Высоковольтные асинхронные, синхронные двигатели, кВт |
1600 |
2000 |
1250 |
2500 |
800 |
2000 |
1000 |
1600 |
630 |
2500 |
6 |
Трансформатор электродуговой печи, кВА |
1250 |
4000 |
2000 |
4000 |
2000 |
2000 |
1250 |
1250 |
630 |
4000 |
7 |
Кабельная линия ГПП-РП1 ААБ 10(6)-(3x240), км |
1,0 |
0,8 |
2,0 |
1,4 |
1,7 |
1,1 |
1,5 |
1,6 |
1,2 |
2,0 |
Таблица 2
Номера вариантов по предпоследней цифре номера зачетной книжки и первой букве фамилии студента (первая половина алфавита).
Первая буква фамилии студента А, Б, В, Г, Д, Е, Ж, 3, И, К, Л, М, Н, О |
|||||||||||
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
1 |
Напряжение на сборных шинах ГПП, кВ. |
10,5 |
6,3 |
10,5 |
6,3 |
10,5 |
6,3 |
10,5 |
6,3 |
10,5 |
6,3 |
2 |
Мощность цеховых трансформаторов, кВА |
2500 |
1600 |
1000 |
1600 |
1000 |
630 |
2500 |
1600 |
1000 |
630 |
3 |
Напряжение вторичное цеховых трансформаторов, кВ. |
0,69 |
0,4 |
0,4 |
0,69 |
0,4 |
0,4 |
0,69 |
0,69 |
0,4 |
0,4 |
4 |
Асинхронные двигатели низковольтные, кВт(М1/М2) |
75 160 |
18,5 45 |
7,5 37 |
30 160 |
37 0 |
37 75 |
22 132 |
15 132 |
11 110 |
7,5 55 |
5 |
Трансформатор КППТМРУ-б(10) кВ., кВА |
3500 |
2600 |
2000 |
1250 |
3500 |
2600 |
1000 |
2000 |
1250 |
1000 |
6 |
Конденсаторная батарея ККУ-6( 10) кВ., квар |
3000 |
1800 |
1400 |
130 |
2400 |
2000 |
1600 |
1200 |
1000 |
800 |
7 |
Расстояние от подстанции системы до ГПП предприятия, км |
30 |
18 |
22 |
32 |
17 |
8 |
25 |
20 |
15 |
10 |
Таблица 3
Номера вариантов по последней цифре номера зачетной книжки и первой букве фамилии студента (вторая половина алфавита).
Первая буква фамилии студента П, Р, С, Т, У, Ф, X, Ц, Ч, Ш, Щ, Э, Ю, Я |
|||||||||||
Последняя цифра номера зачетной книжки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
Схема электроснабжения предприятия, рис. |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
3 |
4 |
|
1 |
Мощность ТЭЦ, МВА |
450 |
500 |
800 |
450 |
600 |
400 |
500 |
300 |
400 |
350 |
2 |
Мощность к.з. системы в т. К1, МВА |
400 |
250 |
650 |
280 |
600 |
310 |
550 |
320 |
500 |
300 |
3 |
Напряжение ТЭЦ, кВ. |
6,3 |
6,3 |
10,5 |
10,5 |
10,5 |
6,3 |
6,3 |
10,5 |
6,3 |
10,5 |
4 |
Мощность цеховых трансформаторов, кВА |
1000 |
630 |
1600 |
2500 |
630 |
1000 |
1600 |
2500 |
1000 |
1600 |
5 |
Вторичные напряжения цеховых подстанций, кВ. |
0,69 |
0,4 |
0,69 |
0,69 |
0,4 |
0,69 |
0,69 |
0,69 |
0,4 |
0,4 |
6 |
Высоковольтные асинхронные, синхронные двигатели, кВт |
2000 |
1600 |
2500 |
1250 |
2000 |
1000 |
1600 |
800 |
1000 |
800 |
7 |
Ток (А) и реактивное сопротивление (Ом) реактора РБА-6(10) кВ. |
630 0,22 |
1000 0,22 |
1600 0,25 |
1000 0,35 |
1000 0,22 |
Таблица 4
Номера вариантов по предпоследней цифре номера зачетной книжки и первой букве фамилии студента (вторая половина алфавита).
Первая буква фамилии студента П, Р, С, Т, У, Ф, X, Ц, Ч, Ш, Щ, Э, Ю, Я |
|||||||||||
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
|
1 |
Асинхронные двигатели 0,4(0,69) кВ., кВт (МЗ/М4) |
7,5 45 |
11 55 |
15 90 |
18,5 90 |
22 110 |
30 ПО |
30 132 |
37 132 |
37 160 |
75 160 |
2 |
Трансформатор ДСП электродуговой печи, кВА |
1000 |
630 |
1250 |
1250 |
2000 |
1250 |
2000 |
4000 |
4000 |
4000 |
3 |
Конденсаторная батарея ККУ-6( 10) кВ., квар. |
800 |
800 |
800 |
1000 |
1000 |
1250 |
1600 |
1600 |
2000 |
2500 |
4 |
Кабельная линия КЛ1 (ТЭЦ-ГРП1) ЗААБ-6(10)-(Зх240), км |
3,0 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
4,0 |
5,0 |
6,0 |
4,0 |
4,5 |
3,0 |
5 |
Кабельная линия КЛ2(ГРП1-ГРП2) 2ААБ-6(10)-(Зх185), км |
1,5 |
2,0 |
0,8 |
1,0 |
1,1 |
1,3 |
0,6 |
0,7 |
1,6 |
2,5 |
Таблица 5.
Перечень элементов схемы электроснабжения, требующих расчета РЗиА.
Первая буква фамилии студента |
А, Б |
В,Г,Л |
Д,Е, О |
Ж, 3, М |
и, к,н |
П,Р |
Т, У, Ч |
Ф,С, Э |
Х.Ц Ю |
щ щ, я |
|
1 |
Трансформатор ГПП |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||
2 |
Цеховой трансформатор |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||
3 |
Трансформатор электродуговой печи |
+ |
+ |
+ |
+ |
||||||
4 |
Трансформатор КПП |
+ |
+ |
||||||||
5 |
Высоковольтные асинхронные и синхронные двигатели |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
6 |
Низковольтные асинхронные двигатели |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
7 |
Конденсаторная батарея |
+ |
+ |
+ |
+ |
||||||
8 |
Кабельная линия КЛ1,КЛ2(ТЭЦ-ГРП1,ГРП1-РП2, ГПП-РП1,ГРП1-ГРП2) |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
1.4 Схемы электроснабжения
2. Методические указания к расчету защит потребителей
электроэнергии.
2.1 Защита трансформаторов
В процессе эксплуатации возможны повреждения в трансформаторах и на их соединениях с коммутационными аппаратами. Могут быть также опасны ненормальные режимы работы не связанные с повреждением трансформатора или его соединений. Возможность повреждений и ненормальных режимов обуславливает необходимость установки на трансформаторах защитных устройств. В качестве таких защит применяется токовая отсечка, дифференциальная, газовая, температурная. Система релейной защиты трансформатора имеет два назначения: основное - автоматическое, без выдержки времени, отключение трансформатора от энергосистемы при возникновении внутреннего к.з. и дополнительное - сигнализация или отключение трансформатора с выдержкой времени при возникновении опасного ненормального (анормального) режима работы [8].
2.1.1 Токовая отсечка.
Ток срабатывания защиты выбирается:
а) из условия отстройки от максимального тока к.з. за трансформатором.
I сз =Kн ·I(3) к . макс (2.1)
где Кн - коэффициент надежности (Kн =1,23)
б) из условия отстройки от броска тока намагничивания, возникающего
при включении трансформатора под напряжение:
I сз =Kн . от · ·Iном ..m (2.1)
где Кнот - коэффициент отстройки защиты от бросков тока
намагничивания (Кнот =35)
2.1.2. Продольная дифференциальная защита.
Предварительно необходимо изучить полную принципиальную схему защиты понижающих трансформаторов, вычертить ее и приступить к расчету [2, 8, 9, 10].
1. Определяются первичные номинальные токи на сторонах трансформатора (IНОМ1 и IНОМ2 ) и коэффициенты трансформации трансформатора тока:
nT 1 =( Iном..1· 3 ) / 5
nT 2Y = Iном..2 / 5 (2.3)
2. Определяются вторичные номинальные токи в плечах дифференциальной защиты
i12 =(Iном .1 3) / nT1
i22 =(Iном .2 3) / nT2
По большему значению i2 принимается основная сторона дифференциальной защиты и все расчеты приводятся к основной стороне.
3. Выбирается ток срабатывания защиты из условия отстройки:
а) от броска тока намагничивания
Iсз =Kн.д.з. • Iном. mp
где: Кндз - коэффициент отстройки дифференциальной защиты от бросков тока намагничивания. (Кндз =1,3 для реле РНТ-565, Кндз =1,21,5 для реле ДЗТ-11)
б) от максимального тока небаланса:
Iсз =Kн.б. • Iнб.макс
где: Кнб = 1,3 для РНТ-565,
Iнбмакс. =1нб + 1нб + 1 нб
1нб обусловлена погрешностью (токов намагничивания) трансформаторов тока, питающих дифференциальную защиту.
Iнб =
Коп
К0дн
• fi • Ik
.
(3)
макс.
(2.8)
где: Кодн
- коэффициент, учитывающий однотипность
трансформаторов тока (К0дн =0,51,0);
fi - коэффициент, учитывающий 10%-ую погрешность
трансформаторов тока, fi =0,1;
Коп - коэффициент, учитывающий переходный режим, К0п = 1,0 для
реле с БНТ;
1(3) кмакс - максимальное значение тока к.з. за трансформатором,
приведенное к основной стороне трансформатора;
1нб обусловлена регулированием напряжения защищаемого
трансформатора:
1нб =(±N/100)· 1(3) кмакс
где: ±N - полный диапазон регулирования напряжения.
1нб -обусловлено неточностью установки на коммутаторе реле РНТ (ДЗТ) расчетного целого числа витков уравнительных обмоток:
1нб =((W1p - W1 )/ W1p )· ik. (3) макс
где W1 p , W1 , - соответственно расчетное и установленное число витков обмоток РНТ для неосновной стороны.
На первом этапе расчета уставки дифференциальной защиты по (2.6) /Iнб ’’’ не учитывается, т.е.
Ic з = Кнб (1нб + 1нб ) (2.11 )
За расчетную величину тока срабатывания защиты принимается большее значение определенное по формулам (2.5) и (2.1 1).
4. Производится предварительная проверка чувствительности защиты при повреждениях в зоне ее действия:
Kч =(Iк.мин /Iсз )·Kсх
где: 1кмин . - минимальное значение тока к.з.
(обычно двухфазное в зоне защиты).
kcx - коэффициент, учитывающий схему соединения
трансформатора тока; при соединении в звезду kcx =1, при соединении в звезду, при включении по схеме треугольника kcx =3
Если коэффициент чувствительности больше двух (Кц 2), то расчет можно продолжать.
5. Определяется ток срабатывания реле, отнесенный к стороне с большим током в плече (основной стороне)
Iср. =(Iсз / nT )·Kсх (2.13)
где: nT - коэффициент трансформации трансформаторов тока на той стороне защищаемого трансформатора, для которой подсчитан Iср
6. Определяется число витков обмотки реле на основной стороне:
W осн.р =Fср /Iср где:
Fcp - намагничивающая сила (Fcp =60 АВ для РНТ-562, 7^ = 100 АВ для РНТ-565).
Полученное число витков округляется до ближайшего меньшего числа витков, которое можно установить на реле.
7. Определяется число витков обмотки РНТ: по которым проходит ток неосновного плеча. Указанные витки находятся из уравнения баланса намагничивающих сил при внешнем к.з. при условии, что по обеим обмоткам защищаемого трансформатора проходят равные номинальные мощности
W неосн . р =( Wдиф ·Iн 1 )/ Iн 2
где: Iн1 - вторичный номинальный ток основной стороны;
Iн2 - вторичный номинальный ток другого плеча защиты.
8. Определяется ток небаланса с учетом Iнб ;
9. Повторно определяется первичный ток срабатывания защиты и вторичный ток срабатывания реле по формулам (2.5, 2.11 и 2.13).
Если 1СЗ окажется недостаточно отстроенным от тока небаланса, то необходимо принять новое значение числа витков дифференциальной обмотки (Wдиф ), ближайшее меньшее расчетного и провести пересчет параметров.
10. После повторно найденных чисел витков дифференциальной и уравнительной обмоток проверяется чувствительность защиты при к.з. в ее зоне.
При недостаточной чувствительности из-за большего значения тока небаланса приходится применять более сложные реле с торможением [2].
2.1.3. Газовая защита.
Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. 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. Газовая защита выполнена на реле типа РГЧЗ-66 [2].
2.1.4. Защита от ненормальных режимов.
Ненормальные режимы работы трансформаторов обусловлены внешними короткими замыканиями и перегрузками. В этих случаях в обмотках трансформатора появляются большие токи. В качестве защит от внешних коротких замыканий применяются токовые защиты с выдержкой времени и включением реле на полные токи фаз и на их симметричные составляющие.
В соответствии с [3] на трансформаторах мощностью менее 1 МВА предусматривается максимальная токовая защита действующая на отключение. Совместно с токовой отсечкой максимальная токовая защита (МТЗ) полностью защищает трансформатор и является вместе с тем его защитой от сверхтоков внешних коротких замыканий.
Ток срабатывания МТЗ выбирается исходя из условий отстройки (несрабатывания) от перегрузки. Ток перегрузки определяется из рассмотрения двух режимов:
а) отключение параллельно работающего трансформатора
Iнагр.макс. =2·Iном.тр (2.16)
б) автоматическое подключение нагрузки при действии АВР:
Iраб.макс.
= I1
+ I2
0,7· (Iномтр1
+Iномтр.2
) (2.17)
где: /2
- установившийся ток подключившейся нагрузки.
Ток срабатывания защиты:
I сз =(Котсмтз · Ксзп )/Кв )·Iраб . макс
где: Котсмтз - коэффициент отстройки, (Котсмтз =1,11,2);
Ксзп - коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки, (Ксзп 2,5);
Кв - коэффициент возврата реле, (Кв =0,8).
Коэффициент чувствительности МТЗ должен быть Кч 1,5 при коротких замыканиях на низшей стороне трансформатора и Кч 1,2 при коротких замыканиях в конце линий, отходящих от шин низшего напряжения. Выдержка времени МТЗ выбирается на ступень t больше максимальной выдержки времени 1эл.макс защит предыдущих элементов:
tт. МТЗ =tэл.макс. +t (2-19)
2.1.5. Токовая защита от перегрузок.
Ток срабатывания определяется по выражению:
Iсз =(Kотспер /Kв )·Iном.тр
где Kотс =1,05;
Kв =0,80,85
Выдержка времени принимается на ступень селективности больше, чем время срабатывания защиты трансформатора от внешних коротких замыканий:
tпер =t МТЗ +t
2.2. Защита асинхронных и синхронных электродвигателей выше
1000В.
Для защиты электродвигателей мощностью до 5000 кВт от междуфазных к.з. применяются токовые отсечки (ТО). Ток срабатывания ТО выбирается из условий отстройки от периодической составляющей пусковых токов [2].
Iсз =Kотс ·Iпуск (2.21)
где: 1пуск - пусковой ток двигателя (берется из справочника);
Котс - коэффициент отстройки (Kотс = l,8 при выполнении ТО с реле РТ-40, Komc =2,0 при выполнении ТО с реле РТ-80, РТМ).
Продольная дифференциальная защита устанавливается на электродвигателях мощностью Рд 5000 кВт и менее, если токовая отсечка
оказывается недостаточно чувствительной. Для упрощения защита
выполняется двухфазной. В трехфазном исполнении она рекомендуется
только если двигатели мощностью Рд 5000 кВт не имеют
быстродействующей защиты от замыкания на землю. Ток срабатывания дифференциальной защиты принимается равным:
Iсз =Kотсдз ·Iном.дв (2.22)
где: Kотсдз = l,42,0 для защиты с реле РТМ и РТ-40. Чувствительность защиты определяется коэффициентом:
KЧ =I(2) к.мин /(Iсз ·Kсх )2,0
где: 1(2) к.мин - ток двухфазного к.з. на выводах электродвигателя.
Ток срабатывания реле:
1ср =(Kc х ·Ic з )/nТ (2.23)
где: Kc х =1,73 - при однорелейной ТО;
Kc х =1,00 - при двухрелейной ТО.
Защита от замыканий на землю предусматривается на электродвигателях соответствующей мощности [3]: для Р2000 кВт ток срабатывания токовой защиты нулевой последовательности 1СЗ 10 А; для Р 2000 кВт - 1СЗ 5 А.
Дополнительно применяют схему контроля изоляции. 2.2.1. Защита от перегрузки.
В соответствии с [3] защита от перегрузки предусматривается на электродвигателях, подверженных перегрузке по технологическим причинам, а также на электродвигателях с особо тяжелыми условиями пуска и самозапуска длительностью 20 с и более. Перегрузка является симметричным режимом, поэтому защита от нее может быть выполнена одним реле, включенным в одну фазу электродвигателя. Выдержка времени защиты отстраивается от длительности пуска электродвигателя в нормальных режимах и самозапуска после действия УАВР и УАПВ, при этом наиболее удобны характеристики тепловых и индукционных реле [2].
Ток срабатывания МТЗ от перегрузки устанавливается из условий отстройки от номинального тока электродвигателей:
I сз =( K отс · I ном.дв )/ K в
где: Kотс =1,05, Kв =0,85 для реле РТ-40 и РТ-80. 2.2.2. Минимальная защита напряжения.
В общем случае защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень предназначена для облегчения самозапуска ответственных электродвигателей, она отключает электродвигатели неответственных механизмов. Напряжение срабатывания первой ступени устанавливается примерно равным Uc 3 = 0,7UHOMf , а выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующих защит от многофазных коротких замыканий; tсз =0,51,5 с [2].
Вторая ступень защиты отключает часть электродвигателей ответственных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям техники безопасности или из-за особенностей технологического процесса. Напряжение срабатывания 2 ступени Uс3 =0,5UHOM , а выдержка времени
принимается tс3 =1015 с.
В курсовой работе необходимо дать обоснование применения данной схемы защиты.
2.3. Защита низковольтных электродвигателей.
Для защиты асинхронных двигателей напряжением до 1 КВ. от коротких замыканий применяются предохранители с плавкими вставками или расцепителями автоматических выключателей и тепловыми реле магнитных пускателей.
Выбор плавких вставок предохранителей и уставок автоматов производится в следующей последовательности [2].
1. Номинальное напряжение предохранителей и автоматов должно быть не ниже напряжения сети.
2. Ток плавкой вставки и расцепителей автоматов выбирают с учетом следующего:
1всном Кот c ·Iном.дв
1всном 1пуск.дв /Кпер ( 2.25)
1всном 1К min /(10..15
где: 1вс ном - номинальный ток вставок предохранителей или автомата;
Iном.дв -номинальный ток двигателя;
1пуск.дв - пусковой ток двигателя;
1К min - минимальный ток короткого замыкания;
Кот c = 1,11,25 - коэффициент отстройки;
Кпер =1,62,5 - коэффициент перегрузки, зависит от условий пуска двигателя.
3. Ток уставки срабатывания электромагнитного расцепителя автомата мгновенного действия 1уэ принимается на 2530% выше пускового тока
двигателя:
Iу.э. (1.251.35)· 1пуск ,дв (2.26)
где: 1пуск ,дв = (6 7) • 1ном .дв ..
Ток уставки (срабатывания) теплового расцепителя автомата Iу. T или магнитного пускателя отстраивается от максимального рабочего тока, т. е.
Iу. T = (1,1 1,3) • 1ном .дв ..
После выбора предохранителей и автоматов необходимо убедиться, что плавкая вставка и расцепители автомата надежно защищают участок сети, на котором они установлены. В четырехпроводных сетях 380/220 В и 660/380 В с глухозаземленной нейтралью однофазное замыкание на землю является коротким замыканием и должно отключаться защитой. К предохранителям, как и к другим устройствам защиты, предъявляются следующие требования чувствительности [3]:
1. Номинальный ток плавкой вставки должен быть по крайней мере в три раза меньше минимального тока короткого замыкания в конце защищаемого
участка Iк. min ; в сетях напряжением до 1 КВ. с глухозаземленной нейтралью расчетным при определении Iк. min является замыкание между фазным и нулевым проводами. Ток короткого замыкания:
I(1) к .min ( Uф /(( zn+ ZT )/3))
где: Uф - фазное напряжение сети, В;
ZT - сопротивление трансформатора, Ом;
zn =rn 2 +x2 - полное сопротивление фазной-нулевой петли провода линии.
Если предохранитель или автомат защищает сеть только от коротких замыканий, то требования, изложенные выше не обязательны при условии, что номинальный ток 1вс.ном и 1уэм . не превышает длительного допустимого тока Iдл.доп защищаемого участка сети более:
1вс.ном 3· Iдл.доп
1уэ.а 4,5· Iдл.доп (2.28)
Если в защищаемой предохранителями сети установлены магнитные пускатели или контакторы, то для исключения их отпускания из-за снижения напряжения при коротких замыканиях плавкая вставка должна перегореть за время tnp =0,10,2 с при повреждении в наиболее удаленной точке сети. Это условие обеспечивается при кратности тока короткого замыкания:
I(3) кз /1вс.ном = 1015.
Одним из основных условий выбора предохранителей является обеспечение избирательности действия между собой: автоматами, предохранителями и релейной защитой. Для этого необходимо построить карту селективности последовательно установленных предохранителей и автоматов. Селективность обеспечивается если защитные характеристики этих аппаратов не пересекаются и при коротком замыкании в какой-либо точке сети перегорит ближайший к точке к.з. предохранитель (или срабатывает автомат).
Приложение
Таблица П1
Паспортные данные масляных трансформаторов с регулировкой напряжения под нагрузкой.
Тип |
Мощность, кВА |
Номинальное напряжение обмоток трансформатора, кВ. |
Uк % |
Схема и группа соединений обмоток |
||
ВН |
нн |
|||||
1 |
ТМН-6300/35 |
6300 |
35±9% |
6,3; 10,5 |
7,5 |
Y/-1 |
2 |
ТМН-6300/110 |
6300 |
115±16% |
6,6; 11,0 |
10,5 |
Y0 /-3 |
3 |
ТДН- 10000/35 |
10000 |
35±12% |
6,3; 10,5 |
8,0 |
Y/-5 |
4 |
ТДН- 10000/110 |
10000 |
115±16% |
6,6; 11,0 |
10,5 |
Y0 /-7 |
5 |
ТДН- 16000/35 |
16000 |
35±12% |
6,3; 10,5 |
10,5 |
Y/-9 |
6 |
ТДН- 16000/110 |
16000 |
115±16% |
6,6; 11,0 |
10,5 |
Y0 /- -11 |
7 |
ТРДН-25000/35 |
25000 |
35±12% |
6,3/6,3; 10,5; 10,5/10,5 |
10,5 |
Y/- -9 |
8 |
ТРДН-25000/110 |
25000 |
115±16% |
6,3/6,3; 10,5; 10,5/10,5 |
10,5 |
Y0 /- -7 |
9 |
ТРДН-40000/230/110 |
40000 |
230/110±16% |
6,3/6,3; 10,5; 10,5/10,5 |
10,5 |
Y0 /- -5 |
10 |
ТРДН-63000/230/110 |
63000 |
230/110±16% |
6,3/6,3; 10,5; 10,5/10,5 |
10,5 |
Y0 /- -3 |
Таблица П2
Паспортные данные высоковольтных асинхронных и синхронных
двигателей
Тип двигателя |
Рн кВт |
UH , кВ. |
Iном,А |
Iпуск /Iном |
cos |
н |
|
1 |
АТД-800-4 |
800 |
6,0 10 |
90 55 |
5,6 |
0,9 |
0,89 |
2 |
АТД- 1000-6 |
1000 |
6,0 10 |
115 68 |
6,2 |
0,9 |
0,89 |
3 |
АТД- 1250-2 |
1250 |
6,0 10 |
137 84 |
6,2 |
0,9 |
0,9 |
4 |
АКН- 1600-4 |
1600 |
6,0 10 |
180 11О |
6,5 |
0,91 |
0,91 |
5 |
АКН-2000-6 |
2000 |
6,0 10 |
225 135 |
6,5 |
0,91 |
0,92 |
6 |
СТД-630-2 |
630 |
6,0 10 |
71 42 |
6,7 |
0,9 |
0,89 |
7 |
СТД-800-2 |
800 |
6,0 10 |
90 54 |
5,6 |
0,9 |
0,96 |
8 |
СТД- 1000-2 |
1000 |
6,0 10 |
112 67 |
6,7 |
0,9 |
0,89 |
9 |
СТД- 1250-2 |
1250 |
6,0 10 |
135 82 |
6,5 |
0,9 |
0,9 |
10 |
СТД- 1600-2 |
1600 |
6,0 10 |
178 107 |
6,8 |
0,9 |
0,91 |
11 |
СТД-2000-2 |
2000 |
6,0 10 |
220 133 |
7,0 |
0,9 |
0,92 |
12 |
СТД-2500-2 |
2500 |
6,0 10 |
276 166 |
6,2 |
0,9 |
0,92 |
Таблица П3
Паспортные данные цеховых трансформаторов
Тип |
Sн ,кВА |
Напряжение обмоток |
Uк .з , % |
Схема и группа соединения обмоток |
||
ВН |
НН |
|||||
1 |
ТМ-630/10 |
630 |
6,0; 10,5 |
0,4-0,23 |
5.5 |
Y/Y0 –12; /Y0 –11 |
2 |
ТМ-630/10 |
630 |
6,0; 10 |
0,69-0,4 |
5.5 |
-- |
3 |
ТМЗ-1000/10 |
1000 |
6,0; 10 |
0,4-0.23 |
5.5 |
-- |
4 |
ТМЗ-1 600/10 |
1600 |
6,0; 10 |
0,4-0,23 |
5.5 |
-- |
5 |
ТМЗ-1600/10 |
1600 |
6,0; 10 |
0,69-0,4 |
5.5 |
-- |
6 |
ТМЗ-2500/10 |
2500 |
6,0; 10 |
0,4-0,23 |
5.5 |
-- |
7 |
ТМЗ-2500/10 |
2500 |
6,0; 10 |
0,69-0,4 |
5.5 |
-- |
Таблица П4
Паспортные данные трансформаторов электродуговых печей.
Данные печи |
Данные трансформаторов |
||||
Тип |
Емкость, Т |
Тип |
Sн ,кВА |
U1 ,кВ. |
U2 , кВ. |
ДС-0.5 |
0.5 |
ЭТМПК-1 000/1 0-70УЗ |
630 |
6-10 |
216-106 |
ДСП-1.0 |
1.0 |
ЭТМПК- 1600/1 0-7 ОУЗ |
1000 |
6-10 |
216-106 |
ДСП-1.5 |
1.5 |
ЭТМПК-2000/10-71УЗ |
1250 |
6-10 |
225-110 |
ДСП-3.0 |
3.0 |
ЭТМПК-3200/10-71УЗ |
2000 |
6-10 |
243-124 |
ДСП-6.0 |
6.0 |
ЭТМПК-6300/10-72УЗ |
4000 |
6-10 |
281-130 |
Таблица П5
Паспортные данные низковольтных асинхронных двигателей серии 4А
Тип |
Рн ,кВт |
n0 об/мин |
Uн ,В |
Iнном , A |
н
|
COS |
|
|
1 |
4А132М-4 |
7.5 |
1500 |
380 |
14 |
0,88 |
0,87 |
7 |
660 |
8,0 |
|||||||
2 |
4А132М-2 |
11 |
3000 |
380 |
20 |
0,88 |
0,9 |
7 |
660 |
12 |
|||||||
3 |
4А160М-6 |
15 |
1000 |
380 |
27 |
0,89 |
0,9 |
7 |
660 |
16 |
|||||||
4 |
4А160М-4 |
18.5 |
1500 |
380 |
34 |
0,89 |
0,9 |
7 |
660 |
20 |
|||||||
5 |
4А200М-6 |
22.0 |
1000 |
380 |
40 |
0,9 |
0,9 |
7 |
660 |
23 |
|||||||
6 |
4A200S-6 |
30.0 |
1000 |
380 |
55 |
0,91 |
0,91 |
7 |
660 |
32 |
|||||||
7 |
4А200М-2 |
37.0 |
3000 |
380 |
67 |
0,915 |
0,91 |
7 |
660 |
39 |
|||||||
8 |
4A250S-6 |
45.0 |
1000 |
380 |
83 |
0,915 |
0,92 |
7 |
660 |
48 |
|||||||
9 |
4А250М-6 |
55.0 |
1000 |
380 |
100 |
0,92 |
0,92 |
7 |
660 |
58 |
|||||||
10 |
4A250S-2 |
75.0 |
3000 |
380 |
135 |
0,9 |
0,92 |
7 |
660 |
78 |
|||||||
11 |
4А250М-4 |
90.0 |
1500 |
380 |
165 |
0,915 |
0,92 |
7 |
660 |
96 |
|||||||
12 |
4A280S-4 |
110.0 |
1500 |
380 |
200 |
0,92 |
0,92 |
7 |
660 |
115 |
|||||||
13 |
4А280М-2 |
132.0 |
3000 |
380 |
245 |
0,92 |
0,92 |
7 |
660 |
142 |
|||||||
14 |
4A315S-4 |
160.0 |
1500 |
380 |
290 |
0,92 |
0,92 |
7 |
660 |
170 |
Таблица П6
Перечень устройств релейной защиты на элементах системы
электроснабжения
Наименование защиты |
Условное обозначение |
Трансформато ры ГПП |
Электродвигатели 6-10 кВ., 2500 кВт |
Асинхронные двигатели до 1000 В |
Трансформаторы электродуговых печей |
Трансформаторы КПП |
ККУ 6-10 кВ. |
Трансформато ры цеховые |
Кабель ные линии 6-10 кВ. |
||
Асин хронные |
Син- хронные |
||||||||||
1 |
Продольная дифференциальная, токовая защита |
[ДТ| |
+ |
||||||||
2 |
Токовая отсечка |
Т |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
3 |
Максимальная токовая защита |
|т/в| |
+ |
+ |
+ |
||||||
4 |
Токовая защита от перегрузки, на сигнал или разгрузку |
| т/в | |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
||
5 |
Защита от пониже ния напряжения |
| н | |
+ |
+ |
|||||||
6 |
Защита от асин- хронного хода |
| АХ| |
+ |
||||||||
7 |
Защита от замыка нии на землю в сетях 6-10 кВ. |
То |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
+ |
|
8 |
Защита предохра- нителями |
+ |
|||||||||
9 |
Газовая защита |
г |
+ |
+ |
+ |
+ |
|||||
10 |
Температурная сигнализация |
t0 |
+ |
+ |
+ |
+ |
Литература.
1. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. Зе изд., перераб. и доп., Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1985, 296с., илл.
2. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов по специальности «Электроснабжение». Зе изд., перераб. и доп., М.: Высш. шк., 1991, 496 с., илл.
3. Правила устройства электроустановок / Минэнерго СССР. 6е изд., перераб. и доп., М.: Энергоатомиздат, 1986, 648 с., илл.
4. Справочник по проектированию электроснабжения / под ред. Ю.Г. Барыбина и др. М.: Энергоатомиздат, 1990, 576 с.
5. Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах. Учебн. для электротехн. и эн. вузов и факультетов. М.: Энергия, 1970, 520 с., илл.
6. Стандарт предприятия СТП 2069022.102-93, Общие требования к оформлению курсовых проектов (работ), ОрПИ, Оренбург, 1993.
7. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для энергетических специальностей: учебное пособие для студентов вузов / В.М. Блок, Г.К. Обушев, Л.Б. Паперно и др.; Под ред. В.М. Блок, М.: Высш школа, 1981, 304 с., илл.
8. Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1989,240с.
9. Руководящие указания по релейной защите. Защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов. М.: Энергоатомиздат, 1985, 96 с.
10. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Электрооборудование и автоматизация. / Под ред. Федорова А.А. М.: Энергоатомиздат, 1981, - 624с.