Манонов А.Р.
Миасс 2020
Таблица П1
Система и сеть А-Б-В
| Вари-ант | Мощность КЗ систем, МВА | UЛ, кВ | Длина, км | Передаваемая мощность, МВА | Кол-во отходя-щих транзит-ных линий | Мощ-ность Т1, Т2, МВА | Кол-во и мощ-ность Т3, Т4, МВА | |||||
| Система 1 | Система 2 | |||||||||||
| режимы | режимы | Л1,2 | Л3,4 | А-В | Б-В | |||||||
| макс | мин | макс | мин | |||||||||
| 2x10 | 5x2,5 |
Выдержки времени защит и параметры отходящих линий от шин подстанции Г и РП1
| Ва-ри-ант | Выдержки времени защит на Q, с | Л5 | Л6 | Л7,Л8 | |||||||||||||||||||
| Длина, км | Кол-во КЛ | Мате-риал | Сечение, мм2 | КСЗ | Длина, км | Кол-во КЛ | Мате-риал | Сечение, мм2 | КСЗ | Длина, м | Кол-во КЛ | Мате-риал | Сечение, мм2 | КСЗ | |||||||||
| 2,5 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 1,5 | 1,5 | 2,5 | 1,6 | 1,5 | A | 3,55 | 2,3 | A | 2,0 | А | 3,55 |
| Ва-ри-ант | Двигатели 10 кВ | Двигатели 380 В | БСК | ДСП | ППА | |||||||||||
| Кол-во | Мощ-ность кВт | КП | Тип | Рном, кВт | cosφ | η, % | Кпуск | Lкаб, м | S, кВАр | Кол-во | Sном, МВА | Тип | Назна-чение | Udн, В | Idн, А | |
| 6,3 | 4A132S4 УЗ | 7,5 | 0,86 | 87,5 | 7,5 | 5,0 | АТ |
Таблица П4
Индивидуальные задания на расчет объектов схемы
| Вариант | Произвести полный расчет защиты объектов (нумерация выключателей по схеме рис. 1) | Изобразить схему защиты элементов | Выбрать ТТ | Материал и длина (м) провода |
| Т2(18); Л3,4(3,7); Л6(23); СВ(15); Т3(30); М(35) | Т2; Л6 | А, 60 |
Рис. 1. Схема для расчета релейной защиты СЭС промышленного предприятия
1. Расчет токов короткого замыкания
Величина токов короткого замыкания влияет на значение тока срабатывания ряда защит, кроме того, они необходимы для вычисления коэффициентов чувствительности выбранных защит.
Необходимо определить значение токов КЗ на шинах А, Б, В, Г, РП, в максимальном и минимальном режимах сети. Для максимального режима достаточно иметь токи трехфазного КЗ, для минимального – токи двухфазного КЗ.
Величина токов КЗ определяется для следующих режимов:
– в максимальном режиме все линии и трансформаторы включены на параллельную работу, секционные выключатели отключены;
– в минимальном режиме отключены линии Л2 и Л4, секционные выключатели отключены;
– в минимальном режиме отключены линии Л2 (Л4), секционный выключатель включен.
При расчете токов КЗ мощности короткого замыкания систем 1 и 2 считаются бесконечными, т. е. не учитывается изменение тока КЗ во времени. При расчетах принимается среднее значение напряжения сети: Uср1 = 37 кВ, 115 кВ, 230 кВ и Uср2 = 10,5 кВ.
Для определения величин токов КЗ следует сначала определить сопротивление элементов схемы. Расчет производится в относительных единицах при SБ = 1000 МВ
1.1. Расчет сопротивлений элементов схемы
Удельное индуктивное сопротивление воздушных линий Л1, Л2, Л3 и Л4 принимается хол1 = хол2 = хол3 = хол4 = 0,4 Ом/км, активным сопротивлением пренебрегают.
Сопротивление воздушных линий Л1 и Л2:
= 
=8.181
здесь l1 – длина линии Л1, км;
SБ – базисная мощность, МВА;
UСР1 – среднее напряжение линий Л1 и Л2, кВ.
Сопротивление воздушных линий Л3 и Л4:
=7.3
Удельное индуктивное сопротивление хо и удельное активное сопротивление rо кабельных линий выбирается по марке кабеля.
Индуктивное сопротивление кабельных линий:
= 
=1.088
= 
=1.66
= 
=0.0302
Активное сопротивление кабельных линий:
= 
= 
Сопротивление трансформатора:
= 
= 
здесь UК% – напряжение КЗ трансформатора, %;
SТ – номинальная мощность трансформатора Т1, Т2, МВА.
Расчет сопротивлений систем в минимальном и максимальном режимах:
= 
= 
0.9
1.2. Расчет величин токов КЗ
Величина токов КЗ определяется для следующих режимов:
– в максимальном режиме все линии и трансформаторы включены на параллельную работу, секционные выключатели отключены;
– в минимальном режиме отключены по одной линии с двух сторон, секционные выключатели отключены;
– в минимальном режиме одна линия отключена, секционный выключатель включен.
Все расчеты сводятся в таблицы.
Таблица 1
Максимальный режим, секционные выключатели отключены
| Точка КЗ на шинах под-стан-ции | Искомые величи-ны | Питание со стороны | |||
| Система G1 | Система G2 | ||||
| А | ХЭКВ, о.е |  = 
|  =0.909+ 
| ||
| SКЗ, МВА | SС1MAX=1200 | 
| |||
| IКЗ, кА |  
|  = 
| |||
| Б | ХЭКВ , о.е. |  = 
|  = 
| ||
| SКЗ, МВА |  = 
| SС2MAX=1100 | |||
| IКЗ, кА |  = 
| 
| |||
| В1с В2с | ХЭКВ, о.е. | 
| 
| ||
| SКЗ, МВА |   =110.98
| 
| |||
| IКЗ, кА |   =1.73
| 
| |||
Продолжение таблицы 1
Питание одновременно от систем G1 иG2
| В1с В2с | ХЭКВ, о.е. | 
|
| SКЗ, МВА | 
| |
| IКЗ, кА | 
| |
| Г1с Г2с | ХЭКВ, о.е. |
|
| SКЗ, МВА | 
| |
| IКЗ, кА | 
| |
| РП1 | ZЭКВ, о.е. |  
|
| SКЗ, МВА | 
| |
| IКЗ, кА | 
| |
| РП2 | ХЭКВ, о.е. |  = 
|
| SКЗ, МВА | 
| |
| IКЗ, кА | 
| |
| РП3 | ZЭКВ, о.е. | 
|
| SКЗ, МВА | 
| |
| IКЗ, кА | 
| |
| Е | ZЭКВ, о.е. | 
|
| SКЗ, МВА | 
| |
| IКЗ, кА | 
|
Таблица 2
Минимальный режим, секционные выключатели отключены, линии Л2 и Л4 отключены
| Точка КЗ на шинах подстан-ции | Искомые величины | Питание со стороны | |
| Система G1 | Система G2 | ||
| А | ХЭКВ, о.е. | 
| |
| SКЗ, МВА | SС1MIN=1000 | ||
| IКЗ, кА | 
| ||
| Б | ХЭКВ, о.е. | 
| |
| SКЗ, МВА | SС2MIN=900 | ||
| IКЗ, кА | 
| ||
| В1с В2с | ХЭКВ, о.е. | В2с
| В1с
|
| SКЗ, МВА | 
| 
| |
| IКЗ, кА | 
| 
| |
| Г1с Г2с | ХЭКВ, о.е. | Г2с
| Г1с
|
| SКЗ, МВА | 
| 
| |
| IКЗ, кА | 
| 
| |
| РП1 РП2 | ZЭКВ, о.е. | РП2
| РП1
|
| SКЗ, МВА | 
| 
| |
| IКЗ, кА | 
| 
| |
| РП3 | ZЭКВ, о.е. | 
| |
| SКЗ, МВА | 
| ||
| IКЗ, кА | 
| ||
| Е | ZЭКВ, о.е. | 
| |
| SКЗ, МВА | 
| ||
| IКЗ, кА | 
|
Таблица 3
Минимальный режим (одна линия отключена, секционный выключатель Q15 включен)
| A Q15 вкл, Л4 откл | XЭКВ | 
| 
|
| SКЗ, МВА | SКЗ = SКЗ1MIN=1000 | 
| |
| IКЗ, кА | 
| 
| |
| Б Q15вкл, Л2 откл | XЭКВ | 
| 
|
| SКЗ, МВА | 
| SКЗ = SКЗ2MIN =900 | |
| IКЗ, кА | 
| 
| |
| B Л4 откл | XЭКВ | 
| 
|
| SКЗ, МВА | 
| 
| |
| IКЗ, кА | 
| 
| |
| В Л2 откл | XЭКВ | 
| 
|
| SКЗ, МВА | 
| 
| |
| IКЗ, кА | 
| 
|
12[Л2]. Защита электродвигателей напряжением до 1000 В
Для электродвигателей напряжением до 1000 В должна предусматриваться защита от многофазных КЗ в сетях с глухозаземленной нейтралью и от однофазных замыканий. В случаях, где возможна перегрузка механизма, устанавливается защита от токов перегрузки и защита минимального напряжения.
Защита от междуфазных КЗ возможна установкой плавких предохранителей или расцепителями автоматических выключателей. Вторая более предпочтительна. Расцепители позволяют выполнить все виды защиты – от коротких замыканий, перегрузки, снижения напряжения.
В первом случае необходимо произвести выбор предохранителя, плавких вставок к ним и проверить их по отключающей способности и по кратности тока короткого замыкания (отношение минимального тока КЗ к номинальному току плавкой вставки). Кратность тока должна быть не менее трех при однофазном КЗ в наиболее удаленной точке защищаемого участка
Номинальный ток двигателя рассчитывается по формуле
A
По номинальному току двигателя определяется марка и сечение питающего кабеля по условию (6мм)
,
Сечение нулевого провода выбирается на две ступени ниже по шкале стандартных сечений кабелей.(2,5мм^2)
Номинальный ток плавкой вставки выбирается по наибольшему из двух токов:
A
где kотс = 1,2 – коэффициент отстройки; kпер = 2,5 – коэффициент перегрузки двигателя.
Определяется ток однофазного короткого замыкания на выводах электродвигателя.
Активное сопротивление прямой последовательности фазных проводов от трансформатора Т3(Т4) до двигателя
R1.фп = rудLкаб = 5.26*0.2=0.105 Ом
Сопротивление прямой последовательности нулевого провода
R1.нп = rудLкаб =12.6*0.2=0.252 Oм.
Активное сопротивление нулевой последовательности проводов
R0п = R1.фп +3 R1.нп. =0.105+3*0.252=0.861 Ом
Индуктивное сопротивление прямой последовательности
Х1.п = худLкаб = 0.09*0.2 = 0.0018 Ом
Индуктивное сопротивление нулевой последовательности
Х0.п = 4Х1.п. = 4*0.0018 = 0.0072 Ом
Активное сопротивление прямой последовательности трансформатора Т3(Т4)
Активное сопротивление нулевой последовательности трансформатора
R0т = 7R1т. = 7*0.291=2.037 Ом
Индуктивное сопротивление прямой последовательности трансформатора
.
Индуктивное сопротивление нулевой последовательности трансформатора
Х0т=7Х1т.=7*2.132=14.924 Ом.
Результирующее активное сопротивление контура при однофазном КЗ на выводах электродвигателя
RΣ = 2(R1ф + R1т)+R0п+R0т=2(0.105+0.0291)+756.1+2.037=758.92 Ом
Результирующее индуктивное сопротивление контура
ХΣ=2(Х1п+Х1т)+Х0п+Х0т..=2(0.0018+2.132)+0.0072+14.924=19.198 Ом
Полное сопротивление контура при однофазном КЗ на выводах электродвигателя
Ом
Ток однофазного КЗ
Проверяется предохранитель и плавкая вставка по кратности минимального тока короткого замыкания
Защитой от КЗ является также токовая отсечка. Она может быть выполнена с помощью токовых реле разных типов: РТ-40, РСТ, РТ-80, РТМ. Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию
=1.8*15.1*6.3=171.2 A
где Котс = 1,4 для реле РТ-40 и РСТ, Котс = 1,8 для реле РТ-80 для реле РТМ Котс = 2,0 и При использовании автоматических выключателей Котс = 2, 0 – для электромагнитного расцепителя и 1,5 – для полупроводникового расцепителя.
Защита от перегрузки. Если электродвигатель подключается в сеть через автоматический выключатель с тепловым или комбинированным расцепителем, то тепловой расцепитель используют для выполнения защиты от перегрузки. Защита обеспечивается, если номинальный ток расцепителя равен номинальному току электродвигателя
IРЦном = IД.ном 15.1 A
Выдержка времени тепловых расцепителей в условиях эксплуатации не регулируется и составляет 8–10 с в зависимости от значений IРЦном . Такая выдержка времени позволяет отстроить защиту от нормальных пусков и самозапусков электродвигателя
7. Расчет защиты трансформатора Т2
Согласно ПУЭ для трансформаторов общего назначения должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:
– многофазных замыканий в обмотках и на выводах,
– межвитковых замыканий на землю,
– токов в обмотках, обусловленных перегрузкой,
– понижения уровня масла.
Соответственно устанавливаем следующие виды защит:
– продольная дифференциальная защита от различных видов короткого замыкания,
– МТЗ без выдержки времени как резервная от внешних многофазных коротких замыканий,
– защита от перегруза,
– газовая защита.
7.1. Продольная дифференциальная защита
Согласно ПУЭ на двухтрансформаторных подстанциях при мощности трансформатора 4 МВА и более устанавливается дифференциальная защита без выдержки времени.
Защита выполняется с помощью дифференциального реле.
1. Определяются первичные номинальные токи силового трансформатора, максимальные рабочие токи, выбираются трансформаторы тока и находятся соответствующие вторичные токи в плечах защиты. Трансформаторы тока, соединенные в треугольник (ВН) выбираются по первичному току 
для того, чтобы вторичные токи не превышали величину 5 А. Расчетные значения сводятся в таблицу 7.1.
Таблица 7.1
Расчет токов для выбора ТТ
| Наименование величины | Обозначение и метод определения | Числовые значения для сторон | |
| ВН | НН | ||
| Первичные номинальные токи трансформатора, А | 
| ||
| Максимальный рабочий ток, А | 
| 807.8 | |
| Схема соединения трансформаторов тока | Треугольник | Звезда | |
| Условие выбора ТТ для высокой стороны | 
| ||
| Тип трансформатора тока | ТОЛ-10 | ||
| Коэффициенты трансформации трансформаторов тока | nT
| ||
| Вторичные токи в плечах защиты | 
| 3.55 | 2.88 |
За основную принимается сторона, у которой по расчетам наибольшее значение вторичного тока.
2. Определяется ток срабатывания защиты 
.
Ток срабатывания защиты предварительно определяется:
– по условию отстройки от тока небаланса, вызванного погрешностями трансформаторов тока 
и регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) 
. При этом все токи приводятся к ступени напряжения основной стороны;
,
А;
где 
– коэффициент однотипности трансформаторов тока;
– коэффициент апериодической составляющей для дифференциального реле;
допустимая погрешность трансформаторов тока.
,
А;
где 
– пределы регулирования напряжения ступени стороны ВН.
Предварительное значение тока срабатывания
– по условию отстройки от токов небаланса:
,
А;
где 
– коэффициент отстройки.
– по условию отстройки от броска тока намагничивания
,
А;
– коэффициент отстройки от броска тока намагничивания при включении силового трансформатора.
При использовании реле РНТ 565 Котс = 1,3.
Из двух токов срабатывания выбирается наибольший.
А;
Производится предварительная проверка чувствительности защиты с целью выяснения в первом приближении возможности использования реле РНТ-565.
Для двухобмоточных трансформаторов и для ориентировочных расчетов защиты трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов коэффициент чувствительности может быть определен по выражению
,
А;
где 
– минимальное значение тока короткого замыкания вида m (m = 3 – трехфазное КЗ; m = 2 – двухфазное КЗ; m = 1 – однофазное замыкание) в защищаемой зоне;
– коэффициент схемы, определяемый видом повреждения m, схемой соединения трансформаторов тока защиты на рассматриваемой стороне N и схемой соединения обмоток защищаемого трансформатора.
Таблица 7.2
Значения коэффициента схемы
| N пп | Вид короткого замыкания | Место короткого замыкания | 
|
| Трехфазное | На стороне треугольника или звезды | ||
| Двухфазное | На стороне звезды На стороне треугольника | 
| |
| Однофазное | На стороне звезды | 
|
Таблица составлена исходя из следующего:
– на стороне звезды силового трансформатора трансформаторы тока соединены в треугольник, а на стороне треугольника – в звезду;
– значения даны для трехлинейной схемы защиты, для двухрелейной схемы значения приведены в скобках.
Предварительное значение коэффициента чувствительности защиты определяем по току двухфазного короткого замыкания на секции Г1, приведенному к высшему напряжению
.
Определяется число витков насыщающегося трансформатора реле для основной стороны
,
где Fср = 100 Ампервитков – магнитодвижущая сила срабатывания реле типа РНТ-565.
Полученное число витков насыщающегося трансформатора уточняется с учетом составляющей 
. Расчеты сводятся в таблицу.
Таблица 7.3
Расчет числа витков реле РНТ-565
| № пп | Наименование величины | Обозначение и метод определения | Числовые значения |
| Расчетный ток срабатывания на основной стороне, А | 
| 9.06 | |
| Расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле для основной стороны, витки | 
| 11.03 | |
| Принятое число витков обмотки НТТ реле для основной стороны, витки | 
| ||
| Ток срабатывания реле на основной стороне, А | 
| 9.09 | |
| Расчетное число витков обмотки насыщающегося трансформатора тока (НТТ) реле для неосновной стороны, витки | 
| 13.55 | |
| Принятое число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны, витки | 
| ||
Составляющая тока небаланса  , А
| 
| 36.2 | |
| Уточненное значение тока срабатывания защиты Icз, А | 
| 458.016 | |
| Уточненный ток срабатывания реле на основной стороне, А | 
| 9.916 | |
| Окончательно принятое число витков НТТ реле для установки на основной стороне (110 кВ) и неосновной стороне (10 кВ), витки |
|
Оценивается чувствительность защиты при двухфазном КЗ на шинах В в минимальном режиме работы системы
Коэффициент чувствительности
.
[Л3]
Если рассчитанная защита имеет достаточную чувствительность, то она может быть рекомендована к установке.
Принимаем к установке реле РСТ 11-24, у которого ток срабатывания находится в пределах 
A.
Определим сумму уставок:
.
.
А;
Уточняется ток срабатывания защиты
.
А;
7.2. Защита от внешних коротких замыканий
Для защиты от внешних коротких замыканий применяется МТЗ с независимой выдержкой времени. Она является резервной защитой от внешних коротких замыканий. Защита выполняется с помощью статического реле типа РСТ. Определяется максимальный рабочий ток в точке установки защиты равный 1,4 номинального тока трансформатора:
,
230.94А;
здесь U1ном – первичное напряжение трансформатора Т1.
Выбирается трансформатор тока на стороне ВН
ТОЛ-10
.
Схема включения трансформатора тока – треугольник, 
.
Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока в точке установки защиты:
,
А;
здесь КОТС = 1,2 – коэффициент отстройки; Кв = 0,9 – коэффициент возврата
Определяется коэффициент чувствительности основной зоны 
и резервной зоны 
;
.
7.3. Защита от перегруза
Для защиты от перегруза используется токовая защита в однофазном исполнении. Трансформаторы тока выбираются те же, что и выше.
,
230.94А;
Схема включения трансформаторов тока – треугольник, 
Ток срабатывания защиты определяется из условия отстройки от максимального рабочего тока в точке установки защиты:
,
А;
здесь Котс = 1,05 – коэффициент отстройки;
КВ = 0,9 - коэффициент возврата;
Ток срабатывания реле:
.
А;
Принимаем к установке реле РСТ 13-24, у которого ток срабатывания находится в пределах A.
Определим сумму уставок:
.
[Л4]
.
[Л5] А;
Уточняем ток срабатывания защиты:
[Л6] А;
7.4. Газовая защита
Газовая защита – это защита от внутренних повреждений трансформатора, сопровождающихся выделением газа, понижением уровня масла в газовом реле, или интенсивным движением потока масла из бака трансформатора в расширитель. Для правильной работы ГЗ корпус трансформатора устанавливается с наклоном 1,5–2% в сторону расширителя. Газовое реле устанавливается в рассечку трубопровода от корпуса трансформатора к расширителю. Газовая защита абсолютно селективна и не реагирует на повреждения.
На трансформаторе также необходимо установить реле РГЧЗ-66 для газовой защиты.
Газовая защита является основной защитой трансформатора от межвитковых замыканий и других внутренних повреждений, сопровождаемых разложением масла и выделением газа. В качестве реагирующего органа выбирается реле типа РГТ – 80 с уставкой скоростного элемента (нижнего) 0,6 м/с. Верхняя пара контактов действует на сигнал при слабом газовыделении и понижении уровня масла. Нижняя пара контактов действует на отключение при бурном газообразовании и дальнейшем понижении уровня масла
3.Защита цехового трансформатора Т3
В общем с