Материал: Проектирование системы электроснабжения предприятия по изготовлению бетонных строительных материалов

Приведем токи КЗ в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 - Токи КЗ для расчета защиты трансформатора

Максимальная защита трансформатора и токовая отсечка выполнена с применением устройства микропроцессорной защиты «SEPAM T-20»[19].серии 20 представляет собой терминал для использования в простых защитах одного присоединения, основанных на измерении токов или напряжений. Например: защита воздушных линий со встроенным АПВ; защита вводов и фидеров подстанции от междуфазных КЗ и замыканий на землю; защита трансформаторов 10 (6) кВ малой мощности от перегрузок (в том числе тепловая защита с учетом температуры окружающей среды и двумя группами уставок для разных режимов обдува); защита двигателей от внутренних повреждений и повреждений, зависящих от нагрузки с контролем режима пуска, включая защиту от перегрузок (в том числе термическая защита с учетом температуры окружающей среды и кривой холодного состояния, которую можно отрегулировать в соответствии с характеристиками двигателя.

Для цифровых терминалов SEPAM уставки рассчитываются и задаются в первичных величинах или в процентах от номинальных значений.

Поясняющая схема к расчету релейной защиты трансформатора изображена на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 - Схема к расчету РЗ трансформатора

Расчет токовой отсечки. Токовая отсечка от междуфазных КЗ на стороне 10 кВ. Для защиты трансформаторов мощностью до 4 МВ·А может применяться токовая отсечка [1]. На трансформаторах 6,3 МВ·А и более должна устанавливаться продольная дифференциальная защита. Известно, что мощности трансформаторов 10/0,4 кВ не превышают 1600 кВ·А (в исключительных случаях 2500 кВ А). Поэтому для защиты вводов и части первичной обмотки этих трансформаторов применяется токовая отсечка. Если применение токовой отсечки не позволяет обеспечить чувствительность защиты (kч ≥1,5), то для трансформаторов мощностью более 1000 кВ·А применяют продольную дифференциальную защиту.

Продольная дифференциальная защита должна устанавливаться на крупных трансформаторах мощностью 6,3 МВт и более. Она используется в качестве основной быстродействующей защиты от всех видов КЗ в обмотках трансформатора, КЗ на выводах и в соединениях с шинами высшего и низкого напряжений. По условиям селективности токовая отсечка не должна срабатывать при КЗ на стороне 0,4 кВ. Это обеспечивается правильным выбором значений параметров срабатывания этой защиты. Уставка срабатывания реле выбирается больше значения тока трехфазного КЗ стороне 0,4 кВ. В зону действия токовой отсечки входят выводы обмотки 10 кВ, часть первичных обмоток трансформатора, а так же кабель, соединяющий трансформатор с выключателем Q2.

Уставка токовой отсечки выбирается по формуле:

где  - значение тока трехфазного КЗ на выводах обмотки 0,4 кВ, А.

kотс - коэффициент отстройки учитывающий погрешность при расчете значений токов КЗ.

Для цифровых терминалов SEPAM, kотс принимается в диапазоне 1,1…1,15.

Защита не должна срабатывать при включении трансформатора от броска намагничивающего тока:

Выбирается больший из токов срабатывания защиты, т.е. 831,6 А.

Для проверки чувствительности необходимо знать двухфазный ток короткого замыкания на выводах 10 кВ трансформатора. По известному значению тока трехфазного найдем ток двухфазного КЗ по формуле:

Проверим коэффициент чувствительности токовой отсечки:

Защита чувствительна. Токовая отсечка действует только при повреждениях на выводах и части обмотки ВН поэтому выдержка времени токовой отсечки принимается  с.

Расчет МТЗ. Максимальная токовая защита трансформатора устанавливается со стороны вводов 10 кВ и является одновременно защитой ввода рабочего питания 0,4 кВ. На реактированных линиях 10 кВ МТЗ является единственной защитой от междуфазных КЗ, так как при защите этих линий быстродействующие защиты не применяются. МТЗ выполняет функцию резервной защиты токовых защит трансформатора при их отказе или выводе из действия. Выбор уставок срабатывания МТЗ осуществляется из условия несрабатывания защиты при самозапуске электродвигателей. Причем, значения токов самозапуска могут значительно превышать номинальные значения токов трансформатора. При использовании в качестве защиты цифровых терминалов SEPAM защита выполняется с применением трансформаторов тока в трех фазах.

Защита должна быть отстроена от максимально возможного тока нагрузки, с учетом токов самозапуска электродвигателей:

где kсзп - коэффициент самозапуска электродвигателей, принимается равным 1,3 ÷1,5;

Iнаг.макс. - максимальный нагрузочный ток, А.

Для цифровых терминалов SEPAM значение kн принимают равным 1,1, а kв принимают 0,935. Максимальную нагрузку принимаем равной суммарной расчетной нагрузкой всего предприятия ΣSрасч = 2548 кВ·А.

Чувствительность МТЗ проверяется по коэффициенту чувствительности со стороны 0,4 кВ:

где  - ток двухфазного КЗ на выводах трансформатора со стороны 0,4 кВ

Защиту чувствительна.

Время срабатывания МТЗ определяем по формуле:

где tср.пред. - время срабатывания предыдущей защиты, с, в нашем случае автоматический выключатель установленный на стороне 0,4 кВ.

Выдержка времени МТЗ трансформатора принимается  с.

Расчет защиты от симметричных перегрузок. Защита от симметричных перегрузок на стороне 10 кВ предназначена для выявления режима симметричных перегрузок защищаемого трансформатора. Защита от симметричных перегрузок действует на сигнал. Данная защита, как правило, выполняется с помощью одной из ступеней МТЗ SEPAM. Защита от симметричных перегрузок не устанавливается на реактированных линиях напряжением 10,5 кВ.

Ток срабатывания защиты от перегрузки определяется из выражения:

Время срабатывания защиты от симметричных перегрузок должно превышать время срабатывания основных защит трансформатора.

Так как, защита от перегрузки действует на сигнал, то проверять чувствительность нет необходимости. Выдержка времени принимается  с.

8.3 Расчет защиты питающей кабельной линии

Согласно [1], для линий в сетях 3 - 10 кВ с изолированной нейтралью должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий и однофазных замыканий на землю (ОЗЗ). Релейная защита кабельной линии выполнена с применением терминала защиты «SEPAM S-20» (рисунок 9.3).

Рисунок 9.3 - Схема к расчету РЗ КЛ

Расчет МТЗ. На одиночных линиях с односторонним питанием, от многофазных КЗ устанавливается МТЗ с независимой или зависимой выдержкой времени с действием на отключение.

Ток срабатывания МТЗ выбирается в амперах по двум условиям:

несрабатывание защиты при сверхтоках послеаварийных перегрузок, т.е. после отключения КЗ на предыдущем элементе

Согласование чувствительности защит последующего и предыдущего элементов сети:

где kн.с. - коэффициент надежности согласования, принимается равным 1,1;

Iс.з.пред. - ток срабатывания МТЗ предыдущих элементов, А;

Выбираем больший из токов срабатывания защиты, т.е. 373,7 А.

Проверим чувствительность защиты в основной и резервной зоне:

где - ток двухфазного КЗ в конце защищаемой линии, примем равным току на выводах 10 кВ трансформатора (п. 8.2);

Защита чувствительна.

Выдержка времени МТЗ выбирается большей, чем у защит последующего элемента:

,

где tс.з.посл. - наибольшее время срабатывания защиты последующего элмента, с, в нашем случае tмтз трансформатора.

Выдержка времени принимается tс.з. = 0,63 с.

Расчет токовой отсечки. Токовая отсечка защищает только часть линии или часть обмотки трансформатора, расположенные ближе к источнику питания. Отсечка срабатывает без специального замедления, то есть t ≈ 0 с.

Селективность токовой отсечки мгновенного действия обеспечивается выбором её тока срабатывания Iс.о. большим, чем максимальное значение тока трехфазного КЗ при повреждении в конце защищаемой линии. Выбор уставки тока срабатывания выбирается по выражению 9.7:

Токовая отсечка не чувствительна из-за малой длины линии поэтому настраивать её не будем.

Расчет токовой защиты нулевой последовательности. В электрических сетях 6 - 35 кВ, работающих, как правило, с изолированной или компенсированной нейтралью, значения токов однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) невелики, они не превышают 20 - 30 А. Поэтому сети этих классов напряжения называют сетями с малым током замыкания на землю. Однако ОЗЗ представляют большую опасность для оборудования электрических сетей и для находящихся вблизи места ОЗЗ людей и животных. В связи с этим ПУЭ требуют в одних случаях быстро автоматически отключать ОЗЗ, а в других немедленно приступать к определению присоединения с ОЗЗ и затем отключать его.

Значение емкостного тока линии и, соответственно, суммарного емкостного тока кабельной линий всей сети можно ориентировочно определить по эмпирической формуле:

для кабельных сетей

для воздушных сетей

где LКЛ - длина кабельной линии, км.

Тогда для данной КЛ:

Для других отходящих линий питающей подстанции, емкостной ток определяем аналогично расчеты сведем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2 - Значения емкостного тока отходящих линий

При использовании SEPAM в качестве измерительного органа защиты от ОЗЗ селективная работа защиты в режиме изолированной нейтрали может быть обеспечена при условии, когда суммарный емкостной ток сети ICΣ (минимально возможный из всех режимов работы сети) существенно превышает собственный емкостной ток любого фидера Iс.фид.макс (при внешнем ОЗЗ).

Ток срабатывания определяем по условию:

где kбр - коэффициент «броска», учитывающий бросок емкостного тока в момент ОЗЗ, а также способность реле реагировать на него.

Бросок емкостного тока представляет собой апериодический процесс, который частично подавляется фильтрами цифровых терминалов. Поэтому, при использовании для защиты от ОЗЗ цифровых реле серии SEPAM, можно принимать значение: kбр =1 - 1,5.