Курсовая работа: Расчет релейной защиты электродвигателя напряжением выше 1 кВ.

Расчет релейной защиты электродвигателя напряжением выше 1 кВ.

Введение

Релейная защита электродвигателя напряжением выше 1 кВ (номинальная мощность электродвигателя 8 МВт)

1. Содержание задания:

· Рассчитать токи короткого замыкания на стороне 10 кВ

· Выбрать и рассчитать защиты синхронного двигателя. Выбрать для них необходимые цифровые реле, рассчитать уставки, оценить чувствительность защит.

2. Исходные данные:

ПС 110/10 кВ; СД (2+2) 8 МВт (X''d=0,2 о.е., cosц=0,9, з=0,9, kпуск=6, tпуск=10 с, класс изоляции F (исп.по В)); силовые трансформаторы 16 МВА (Uкз=10,5%, РПН ±16); Sk=900 МВА; воздушные линии (l=10 км, х0=0,427 Ом/км, r0=0,249 Ом/км); кабельные линии (l=0,01км, х0=0,079 Ом/км, r0=0,123 Ом/км)

3. Перечень графического материала:

Расчётная схема и схема замещения.

1. Расчет сопротивлений элементов системы и токов КЗ

1.1 Расчет сопротивлений элементов системы

Рисунок 1 - Расчетная схема

Найдем сопротивление системы, приведенное к 10 кВ:

Ом

При расчете сопротивления трансформатора учитывают ряд особенностей:

- Активное сопротивление трансформатора по сравнению с реактивным мало, поэтому в сетях выше 1 кВ активным сопротивлением пренебрегают;

- При расчете сопротивления в минимальном и максимальном режиме учитывается действие системы РПН.

Определим реактивное приведенные к 10 кВ сопротивления трансформатора в максимальном и минимальном режимах:

Ом

Ом

Расчеты представим в табличной форме (табл. 1.1):

Таблица 1.1 - Расчет сопротивления трансформатора

Найдем активное и реактивное приведенные к 10 кВсопротивления воздушных и кабельных линий:

Ом

Ом

Ом

Ом

Результаты расчетов представим в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Расчет сопротивлений линий

Сопротивление высоковольтных двигателей:

МВА

Ом

Результаты расчета сведем в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 - Расчет сопротивлений двигателей

1.2 Расчет токов короткого замыкания

Рисунок 2 - Схема замещения

Ток короткого замыкания в максимальном режиме рассчитывается по формуле:

(1.1)

где- номинальное напряжение для данной ступени трансформации, кВ; - общее сопротивление до точки КЗ в максимальном режиме, Ом.

Общее сопротивление до точки КЗ в максимальном и минимальном режимах:

(1.2)

(1.3)

Ударный ток короткого замыкания вычисляется по формуле:

(1.4)

где- ударный коэффициент;

- ток трехфазного короткого замыкания, кА.

Ударный коэффициент найдем из соотношения:

(1.5)

где - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока, с.

Постоянная времени затухания апериодической составляющей тока:

(1.6)

где - суммарное реактивное сопротивление до точки КЗ, Ом;

- суммарное активное сопротивление до точки КЗ, Ом;

- синхронная угловая частота напряжения сети, рад/с.

Минимальный двухфазный ток короткого замыкания:

(1.7)

Результаты расчета по формулам 1.1-1.7 представим в табличной форме (табл. 1.4).

Таблица 1.4 - Токи короткого замыкания

2. Релейная защита

2.1 Общие требования к релейной защите двигателя

Для защиты двигателей по ПУЭ должна предусматриваться релейная защита от следующих повреждений и ненормальных режимов работы: 1) от многофазных замыканий в обмотках статора и на ее выводах; 2) от перегрузки; 3) от асинхронного режима; 4) от однофазных замыканий на землю на линейных выводах и в обмотках статора; 5) от потери питания.

2.2 Выбор микропроцессорного блока

Для защиты электродвигателя от всех видов повреждений выберем блок цифрового микропроцессорного реле БМРЗ-УЗД-10-01 ДИВГ.648228.080-06.01.

2.3 Выбор источников оперативного тока

В качестве источника оперативного тока выберем аккумуляторные батареи.

2.4 Расчет защиты от междуфазных коротких замыканий в электродвигателе

Мощность двигателя более 5 МВт и для защиты этого двигателя от междуфазных замыканий требуется применение дифференциальной защиты.

Рассчитаем номинальный ток двигателя:

А

Определим значение уставки :

А

Определим коэффициент торможения:

где - коэффициент надежности, ;

- коэффициент, учитывающий переходный режим, ;

- коэффициент однотипности ТТ, образующих дифференциальную схему, ;

- погрешность ТТ при наибольшем токе внешнего КЗ, ;

- аппаратная погрешность терминала, ;

- технологический запас, обусловленный наличием дополнительной погрешности измерения тока терминалом, .

Оценим чувствительность ДЗТ:

Рассчитаем ток небаланса дифференциальной защиты:

А

Определим значение уставки :

А

Оценим чувствительность ДТО:

Защиты ДЗТ и ДТО работают без выдержки времени.

По результатам расчета строим характеристику работы защиты и представим её на рисунке 3.

Рисунок 3 - Характеристика работы дифференциальной защиты двигателя

2.5 Расчет защиты от перегрузки с помощью тепловой модели и защиты от асинхронного режима

Расчет защиты электродвигателя от перегрузки с действием на сигнал.

От перегрузки устанавливают МТЗ с действием на сигнал. Действие защиты на отключение предусматривается в случаях, когда без остановки двигателя выявить причину перегрузки невозможно.

Определим ток срабатывания защиты и ток срабатывания реле:

A

A

Оценим чувствительность защиты:

Время срабатывания защиты определим по формуле:

с

Расчет защиты от перегрузки с действием на отключение с помощью тепловой модели

Определим минимально допустимые постоянные времени охлаждения статора и времени нагрева электродвигателя:

с

где - допустимое время работы двигателя прикратности тока статорной обмотки двигателя .

мин

где - предельная кратность перегрева, для класса изоляции F (исп. по В) .

Вентилятор охлаждения закреплен на валу двигателя. Принимаем постоянную охлаждения двигателя равной:

мин

Относительный расчетный нагрев в процессе пуска двигателя вычисляют по формуле:

%

Тогда максимально допустимое значение уставки :

В соответствии с рекомендациями, принимаем параметры пуска тепловой защиты электродвигателя на сигнализацию и отключение и .

Тогда для защиты от перегрузки МТЗ с действием на отключение имеет выдержку времени:

c

Расчет защиты от асинхронного режима.

Защита от асинхронного режима совмещается с защитой от перегрузки. Ставится МТЗ с независимой выдержкой времени:

А

A

2.6 Расчет защиты от однофазных замыканий на землю на линейных выводах и в статорной обмотке двигателя

Защита ЭД мощностью до 2 МВт от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) с действием на отключение выполняется при Защита электродвигателей мощностью более 2 МВт с действием на отключение должна предусматриваться при токах А.

Определим собственный емкостной ток ЭД:

А

где - емкость фазы ЭД, мкФ;

Определим собственный емкостной ток КЛ:

А

Определим ток срабатывания защиты от ОЗЗ:

А

Для определения коэффициента чувствительности ОЗЗ, определим значения токов:

А

Оценим чувствительность защиты от ОЗЗ:

Для повышения чувствительности защиты сделаем её направленной. Уставку выберем из условия

.

А

А

2.7 Расчет защиты от потери питания

Защита от потери питания (ЗПП) предназначена для выявления режима потери питания и подпитки во внешнюю сеть со стороны синхронных двигателей.

Уставку по частоте срабатывания ЗПП примем:

ѓс.з.= 48,5 Гц

Выдержку времени срабатывания защиты примем:

tс.з. = 0,4 с