Материал: Релейная защита и автоматизация управления системами электроснабжения

Релейная защита и автоматизация управления системами электроснабжения

Содержание

Введение

1. Максимальная токовая защита и токовая отсечка

1.1 Расчёт токов короткого замыкания

1.2 Расчет токов трехфазного короткого замыкания

1.3 Расчёт тока самозапуска нагрузки

1.4 Расчёт тока срабатывания защиты и тока установки реле

1.5 Определение времени срабатывания защиты на стороне НН

1.6 Проверка трансформатора тока на 10% -ную погрешность

1.7 Проверка надёжности работы контактов реле

1.8 Проверка по амплитудному значению напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока

1.9 Определение чувствительности промежуточного реле, реле времени и электромагнитов включения ЭВ короткозамыкателя

1.10 Определение полной погрешности трансформатора тока

1.11 Проверка трансформатора тока на термическую и динамическую устойчивость

2. Дифференциальная токовая защита без торможения

2.1 Определение токов небаланса и токов срабатывания защиты

2.2 Определение числа витков обмоток НТТ

2.3 Расчёт трансформаторов тока

2.4 Полная погрешность трансформаторов тока

Заключение

Список источников

Введение

Релейная защита обеспечивает нормальную и надёжную работу систем электроснабжения. В системах электроснабжения релейная защита тесно связана с устройствами сетевой автоматики: АПВ - автоматическим повторным включением, АВР - автоматическим включением резерва, АЧР - автоматической частотной разгрузкой, АРТ - автоматической разгрузкой по току регулирования мощности батарей статических конденсаторов. Объём и типы релейных защит отдельных элементов системы электроснабжения и потребителей электрической энергии должны соответствовать требованиям "Правил устройства электроустановок". Надёжность систем электроснабжения зависит от нормальной работы элементов системы электроснабжения и линий электропередач. Релейная защита предназначена для: отключения автоматическим выключателем защищаемого элемента электрической системы в случае его повреждения, а также при возникновении условий, угрожающих повреждениями или нарушениями нормального режима работы электроустановки; сигнализации о нарушении нормального режима работы защищаемого элемента, а также о возникновении повреждения, не представляющего непосредственной опасности для элемента или всей установки.

Релейная защита должна обеспечивать быстроту действия, селективность, чувствительность и надёжность работы. При проектировании релейной защиты и автоматики энергосистем необходимо правильно рассчитывать параметры защиты, учитывая при этом месторасположение её в сети. Исходными материалами для проектирования релейной защиты являются электрические характеристики защищаемого объекта, электрические схемы включения его в сеть, условия работы сети и данные по токам короткого замыкания.

1. Максимальная токовая защита и токовая отсечка

1.1 Расчёт токов короткого замыкания

Для расчёта токов короткого замыкания (далее к. з.) используем схему замещения, изображённую на рисунке 1.

Исходные данные для расчётов:

номинальная мощность системы: Sнс =100 МВ×А;

базисная мощность: Sб=100 МВ×А;

базисное напряжение: U_б=35 кВ;

напряжения обмоток трансформатора: U₁=35 кВ; U₂=10 кВ.

Мощность короткого замыкания источника питания в максимальном режиме определим по формуле:

 МВА.

Мощность короткого замыкания источника питания в минимальном режиме определим по формуле:

 МВА.

Рисунок 2. Схема замещения для расчёта токов короткого замыкания

Реактивное сопротивление системы для максимального режима:

Подставим значение:

Реактивное сопротивление системы для минимального режима:

Подставим значение:

Значения реактивного сопротивления для обоих режимов в абсолютных величинах:

Реактивное сопротивление всей линии:

Подставим исходные величины:

 Ом.

1.2 Расчет токов трехфазного короткого замыкания

Сопротивление трансформатора, отнесённое к регулируемой стороне ВН, при минимальном коэффициенте трансформации:

где U_{к min} - напряжение к. з. трансформатора при ΔU_РПН, %; ΔU_РПН = 0,875. Подставим исходные значения:

То же, при максимальном коэффициенте трансформации:

Подставим исходные значения:

Ток короткого замыкания в максимальном режиме и при минимальном коэффициенте трансформации равен:

Подставим известные значения:

То же, приведённое ко вторичной обмотке трансформатора:

Подставляем данные:

Ток короткого замыкания в минимальном режиме и при максимальном коэффициенте трансформации равен:

Подставляем данные:

релейная защита трансформатор ток

То же, приведённое ко вторичной обмотке трансформатора:

Подставляем данные:

1.3 Расчёт тока самозапуска нагрузки

Принимаем относительное сопротивление обобщённой нагрузки

Сопротивление обобщённой нагрузки в абсолютных единицах:

Подставляем значения:

Номинальный ток трансформатора на стороне ВН:

Подставляем значения:

Номинальный ток трансформатора на стороне НН:

Подставляем значения:

Считаем, что величина бытовой нагрузки составляет 30% всей нагрузки:

Сопротивление бытовой нагрузки:

Подставляем значения:

Сопротивление всей нагрузки (параллельное включение обобщённой и бытовой нагрузок):

Подставляем значения:

Максимальный ток самозапуска:

Подставляем значения:

Коэффициент самозапуска:

Ток самозапуска на стороне НН:

Подставим данные:

Номинальный ток на стороне НН:

Подставляем значения:

1.4 Расчёт тока срабатывания защиты и тока установки реле

В соответствии с применяемыми типами реле максимальные токовые защиты могут иметь либо независимое от тока время срабатывания, например, реле тока РТ-40 или реле времени ЭВ, либо ограниченно зависимые характеристики срабатывания, как, например, реле РТ-80, РТ-90, РТВ.

Для обеспечения селективности релейной защиты лучшим вариантом будет применение реле тока с зависимыми характеристиками, например, РТ-80. Поэтому расчёт максимальной токовой защиты проводим для данного реле.

Ток срабатывания защиты на стороне НН трансформатора:

где К_н - коэффициент надёжности, для реле РТ-80 К_н =1,1…1,2; К_сзп - коэффициент самозапуска; К_в - коэффициент возврата реле, для РТ-80 К_в = 0,80…0,85; I_{раб. макс} - максимальный рабочий ток защищаемого объекта, I_{раб. макс} =I_{сзп, нн,} А.

Таким образом:

Ток уставки реле находим из выражения:

где К_сх - коэффициент схемы, зависящий от схемы включения трансформатора тока, для звезды К_сх =1; n_т - коэффициент трансформации тока, для ТЛК-35-50 n_т =10.

Подставив числовые значения, находим:

Находим коэффициент чувствительности:

Подставим числовые значения:

1.5 Определение времени срабатывания защиты на стороне НН

Выбор времени срабатывания максимальных защит осуществляется из условия равенства ступени селективности для реле РТ-80 0,6 с. Время срабатывания первой ступени защиты с учётом полученных значений токов составляет примерно 0,5 с. Время срабатывания второй ступени:

где Dt - ступень селективности.

Выбранное время срабатывания проверяется по условию термической устойчивости защищаемого элемента. Минимальное допустимое сечение провода:

где I_¥ - установившийся ток к. з. при повреждении в начале линии, А; С - постоянная, зависящая от материала провода, его конечной и начальной температур; t_ф - фактическое время отключения короткого замыкания, с:

где t_{о. в} - время срабатывания выключателей, для маломасляных выключателей t_{о. в} =0,7…1,5 с. Подставляя значения:

1.6 Проверка трансформатора тока на 10% -ную погрешность

Предельная кратность расчётного тока:

где I_ном - номинальный ток трансформатора ТЛМ-10-100, I_ном =100 А; I_расч - расчетный ток трансформатора, А. Расчетный ток трансформатора:

Подставляя значения:

По кривой предельных кратностей находим Z_{н. доп} =0,2 Ом. Находим сопротивление соединительных проводов (используем медные провода сечением 25 мм² и длиной 100 м):

Подставляем числовые значения:

Сопротивление последовательно соединённых реле типа РТ, РП, РВМ:

Сопротивление вторичной нагрузки в случае трёхфазного к. з. при соединении вторичных обмоток в звезду равно:

Подставим числовые:

В случае двухфазного к. з.:

Подставим числовые:

Сравним расчетные и допустимые значения вторичной нагрузки:

z_{н расч} ≤ z_{н доп};

,343 ≤ 0,2;

,536 ≤ 0,2.

Оба полученных значения вторичной нагрузки меньше допустимого, следовательно, трансформатор тока ТЛМ-10-100 работает в пределах 10% -ной погрешности.

1.7 Проверка надёжности работы контактов реле

Находим значение обобщённого коэффициента:

где

Подставим данные:

Этому значению соответствует fрасч=45% ≤ fдоп=50%. Таким образом, работа контактов реле надёжна.

1.8 Проверка по амплитудному значению напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока

Амплитудное значение напряжения на выводах вторичной обмотки трансформатора тока ТЛМ-10-100:

где k_y - ударный коэффициент, k_y =2.

Таким образом:

Амплитудное значение тока вторичной обмотки после дешунтирования:

Вышенайденные значения подставим: