Материал: Релейная защита и автоматизация управления системами электроснабжения

Полученное значение тока значительно меньше предельно допустимого для трансформатора тока ТЛМ-10-100.

.9 Определение чувствительности промежуточного реле, реле времени и электромагнитов включения ЭВ короткозамыкателя

Коэффициент чувствительности реле:

где I_{р, мин} - ток в реле при металлическом к. з. в конце защищаемой зоны в минимальном режиме работы питающей системы; I_{c. p} - ток срабатывания реле.

Подставим значения:

Чувствительность промежуточных реле:

где f - частота напряжения питающей сети; К_в - коэффициент возврата реле.

Подставим значения:

Чувствительность электромагнитов включения:

где К_у - ударный коэффициент.

Подставим значения:

Кратность электромагнитов включения:

Подставим значения:

1.10 Определение полной погрешности трансформатора тока

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

,

где К_н =1,8; К_{сх. эо} - коэффициент схемы, для неполной звезды равен 1; I_{с. эо} - ток срабатывания ЭО (как правило, 5 или 3,5 А); Z_{2тт -} сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока.

Подставляя численные значения, получим:

Расчетный ток для дешунтируемых электромагнитов отключения:

Полная погрешность трансформатора тока вычисляется по формуле:

где I_нам - ток намагничивания, определяется по вольтамперной характеристике данного трансформатора тока.

Подставим значения:

1.11 Проверка трансформатора тока на термическую и динамическую устойчивость

Условие электродинамической устойчивости ТТ ТЛК-35-50:

,

Подставляя численные значения, получим:

Таким образом, трансформатор тока ТЛК-35-50 подходит по условию электродинамической устойчивости.

Кратность термической устойчивости К_t:

где I_{∞ -} установившийся ток короткого замыкания; t_{пр -} приведенное время действия тока короткого замыкания.

Подставляя численные значения, получим:

Трансформатор тока подходит по условию термической устойчивости.

Для вторичной обмотки трансформатора должно выполняться неравенство:

S_н2 > S_пр+I²₂ (r_пр+r_к),

где S_{н2 -} номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора тока; S_{пр -} мощность, потребляемая приборами; I²_{2 -} ток во вторичной обмотке трансформатора тока; r_пр, r_{к -} сопротивления проводов и контактов соответственно.

Подставляя численные значения, получим:

²×2×0,37 ≥ 0,2+ (41,24×5/50) ² (0,07+0,1),

,5 ≥ 3,09.

Условие выполнено.

Таблица 3. Основные параметры расчёта максимальной токовой защиты

Параметр	Расчётное значение	Каталожное значение
Ток к. з. в макс. режиме при мин. коэф трансформации в точке К1, кА	0,48	-
Ток к. з. в макс. режиме при мин. коэффициенте трансформации в точке К2, кА	0,21	-
Ток к. з. в мин. режиме при макс. коэффициенте трансформации в точке К1, кА	0,31	-
Ток к. з. в макс. режиме при мин. коэффициенте трансформации в точке К2, кА	2,03	-
Максимальный ток самозапуска, А	3810	-
Коэффициент самозапуска	0,092	-
Ток срабатывания защиты, А	1840	-
Ток уставки реле, А	184	4…800
Уставка времени, с	1,5	0,5…16
Коэффициент чувствительности	9,6	1,5
Сопротивление вторичной цепи трансформатора тока, Ом	1,34	0,2
Амплитудное значение вторичного напряжения трансформатора тока, В	914,71	1414
Амплитудное значение вторичного тока трансформатора тока, А	21	150
Полная погрешность трансформатора тока, %	9,44	-
Кратность электродинамической устойчивости	2,97	20,8
Кратность термической устойчивости	7,86	25,5

2. Дифференциальная токовая защита без торможения

Для защиты элементов электрических установок широко используется дифференциальный принцип, на котором осуществляются продольные и поперечные дифференциальные токовые защиты. Продольная защита используется в основном для защиты элементов с сосредоточенными параметрами, например, трансформаторов. Поперечная дифференциальная защита применяется для защиты параллельных линий.

Принцип действия продольной защиты основан на сравнении токов по величине и фазе в начале и конце защищаемой зоны. Для дифференциальных защит выпускаются специальные реле серий РНТ и ДЗТ. Реле РНТ применяются для защиты трансформаторов без РПН. Для защиты силовых трансформаторов с РПН применяются, как правило, реле ДЗТ с насыщающимися трансформаторами тока (НТТ). Поэтому дальнейший расчёт проводится для реле ДЗТ. Среднее сопротивление трансформатора:

Подставим известные значения:

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

Подставим числовые значения:

Сопротивление трансформатора, отнесенное к регулируемой стороне ВН при максимальном коэффициенте трансформации:

Подставим числовые значения:

Вторичный ток трансформатора тока на стороне ВН:

Подставим числовые значения:

Вторичный ток трансформатора тока на стороне НН:

Подставим числовые значения:

2.1 Определение токов небаланса и токов срабатывания защиты

Ток небаланса дифзащиты трансформаторов состоит из трёх составляющих:

Первое слагаемое - это составляющая, обусловленная погрешностью трансформаторов тока:

где k_апер - коэффициент, учитывающий переходный режим, для реле с НТТ принимается равным 1; k_одн - коэффициент однотипности, принимается равным 1, т.к. на обеих сторонах трансформатора стоит не более двух выключателей; e - относительное значение тока намагничивания, e =0,1.

Подставляя числовые значения, получим

Вторая составляющая обусловлена регулированием напряжения защищаемого трансформатора и для двухобмоточного трансформатора имеет вид:

где DU_a - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения, для РПН=±8´1,5% DU_a =12%.

Таким образом:

Третья составляющая тока небаланса обусловлена неточностью установки на коммутаторе реле ДЗТ расчётных витков уравнительных обмоток и рассчитывается только после выбора числа витков обмоток НТТ.

Условие выбора первичного тока срабатывания защиты при отстройке от тока небаланса без учёта составляющей:

где k_н - коэффициент надёжности, учитывающий ошибку реле и необходимый запас, для ДЗТ равен 1,5. Условие выбора тока срабатывания защиты при отстройке от броска тока намагничивания при включении ненагруженного трансформатора:

где k_н - коэффициент отстройки защиты от бросков тока намагничивания, предварительно принимается 1,5 для реле ДЗТ; I_{ном. тр} - номинальный ток трансформатора с учётом увеличения бросков токов намагничивания при уменьшении напряжения регулируемой обмотки ВН:

Подставим числовые значения:

Таким образом:

Наибольшее значение тока срабатывания защиты:

Предварительная проверка чувствительности защиты при повреждении в зоне её действия:

где

I_{р. мин} - ток в первичной обмотке НТТ реле ДЗТ, с учётом соединения в неполную звезду определяется следующим образом:

Предварительное значение тока срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности (предварительное значение):

2.2 Определение числа витков обмоток НТТ

Выбор числа витков обмотки реле осуществляют с учётом того, что на коммутаторе реле ДЗТ можно подобрать любое целое число витков. Сторону НН силового трансформатора принимаем за основную, т.к. по ней течёт максимальный ток. Ток срабатывания реле на основной стороне:

,

Ток срабатывания реле на неосновной стороне:

Число витков неосновной обмотки:

где

F_{с. р} - магнитодвижущая сила срабатывания реле.

Новое значение тока срабатывания неосновной обмотки:

Подставим значения:

Новое значение тока срабатывания защиты неосновной стороны:

Новое значение тока срабатывания защиты основной стороны

Вторичный ток трансформатора тока на стороне ВН при схеме соединения обмоток в треугольник (трансформатор ТЛК-35-50):

Вторичный ток трансформатора тока на стороне НН при схеме соединения обмоток в звезду (трансформатор ТЛМ-10-100):

Число витков основной обмотки:

Подставим значения:

Третья составляющая тока небаланса:

Полный ток небаланса:

Ток срабатывания защиты с учётом полного тока небаланса:

Уточняем число витков для нового значения тока срабатывания защиты. Ток срабатывания неосновной стороны:

Подставим значения:

Число витков неосновной обмотки:

Новое значение тока срабатывания неосновной обмотки:

Подставим значения:

Новое значение тока срабатывания защиты неосновной стороны:

Новое значение тока срабатывания защиты основной стороны:

Число витков основной обмотки:

Подставим значения:

Третья составляющая тока небаланса:

Подставим значения:

Полный ток небаланса:

Ток срабатывания защиты с учётом полного тока небаланса:

Окончательно принятое число витков:

Проверим правильность расчета:

2.3 Расчёт трансформаторов тока

В схеме дифференциальной токовой защиты трансформатора ТМН-2500/35 используются два трансформатора тока: ТЛК-35-50 (Т1) на стороне ВН и трансформатор ТЛМ-10-100 (Т2) на стороне НН. Расчёты проводим аналогично расчётам трансформатора тока при определении параметров максимальной токовой защиты.

Ток срабатывания защиты:

Подставим вышенайденные значения:

Проверяем трансформаторы тока на 10% -ную погрешность. Предельная кратность расчётного тока:

где I_ном - номинальный ток, для Т1 I_ном =50 А, для Т2 I_ном =100 А.

По кривой предельных кратностей находим Z_{н. доп, Т1} » Z_{н. доп, Т2} =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 значения:

В случае двухфазного к. з.:

Подставим числовые значения:

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, трансформаторы тока работают в пределах 10% -ной погрешности.

Осуществляем проверку надёжности работы контактов реле, для чего находим значение обобщённых коэффициентов для обеих точек подключения:

Этим значениям соответствует f_расч1=63% < f_доп1=70%; f_расч2=15% < f_доп2=50%. Таким образом, надёжная работа контактов реле обеспечивается.

Проводим проверку по амплитудному значению напряжения на выводах вторичных обмоток трансформаторов тока:

где k_y - ударный коэффициент, k_y =1,8.

Таким образом:

Амплитудные значения токов вторичных обмоток после дешунтирования:

Подставим числовые величины:

Полученные значения токов значительно меньше предельно допустимых для данных трансформаторов тока.

2.4 Полная погрешность трансформаторов тока

Действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора:

,

где К_н =1,8; К_{сх. эо} - коэффициент схемы, для неполной звезды равен 1; I_{с. эо} - ток срабатывания ЭО (как правило, 5 или 3,5 А); Z_{2тт -} сопротивление вторичной обмотки трансформатора тока.

Подставляя численные значения, получим:

Расчетный ток для дешунтируемых электромагнитов отключения:

Полная погрешность трансформатора тока вычисляется по формуле:

где I_нам - ток намагничивания, определяется по вольтамперной характеристике данного трансформатора тока, I_нам1 = 0,85 А; I_нам2 = 0,45 А.

Подставим численные значения:

Осуществляем проверку трансформаторов на термическую и динамическую устойчивость. Условие электродинамической устойчивости:

.

Подставим значения:

Таким образом, трансформатор тока ТЛК-35-50 подходит по условию электродинамической устойчивости.

Кратность термической устойчивости К_t:

где I_{∞ -} установившийся ток короткого замыкания; t_{пр -} приведенное время действия тока короткого замыкания.

Подставляя численные значения, получим:

Трансформатор тока подходит по условию термической устойчивости.

Для вторичной обмотки трансформатора должно выполняться неравенство:

S_н2 > S_пр+I²₂ (r_пр+r_к),

где S_{н2 -} номинальная мощность вторичной обмотки трансформатора тока; S_{пр -} мощность, потребляемая приборами; I²_{2 -} ток во вторичной обмотке трансформатора тока; r_пр, r_{к -} сопротивления проводов и контактов соответственно. Подставляя численные значения, получим:

²×2×0,37 ≥ 0,2+ (41,24×5/50) ² (0,07+0,1),

,5 ≥ 3,09.

Условия нормальной работы трансформаторов тока выполнены.

Таблица 4. Основные параметры расчёта дифференциальной защиты

Параметр	Расчётное значение	Каталожное значение
Ток срабатывания реле на стороне ВН, А	7,14	-
Ток срабатывания реле на стороне НН, А	7,22	-
Число витков на стороне ВН	9	-
Число витков на стороне НН	10	-
Сопротивления вторичных цепей ТТ, Ом	1,54	0,2
Амплитуда вторичного напряжения Т1, В	163,73	1414
Амплитуда вторичного напряжения Т2, В	35,82	1414
Амплитуда вторичного тока Т1, А	48	150
Амплитуда вторичного тока Т2, А	10,5	150
Полная погрешность трансформатора Т1, %	9,44	10
Полная погрешность трансформатора Т2, %	7,14	0

Заключение

Во всех устройствах релейной защиты предусматривается возможность плавного или ступенчатого изменения в соответствующих пределах параметров срабатывания (уставок). Расчет релейной защиты заключается в выборе рабочих уставок, отвечающих определенным основным требованиям. Виды защит и объем защиты элементов системы электроснабжения зависит от характера повреждения или нарушения режима работы и от возможного повреждения системы электроснабжения.

Дифференциальная токовая защита является основной быстродействующей защитой трансформаторов от коротких замыканий на вводах, а также внутренних повреждений. Выполнение схемы и расчеты уставок дифференциальной защиты трансформаторов имеют ряд особенностей:

необходимость отстройки от бросков намагничивающего тока, возникающих при включении ненагруженного трансформатора под напряжение или при восстановлении напряжения после отключения внешнего короткого замыкания в питающей сети;

необходимость отстройки от токов небаланса, обусловленных неполным выравниванием действия неодинаковых вторичных токов в плечах дифференциальной защиты.

В ходе проведенной курсовой работы был проведен расчет максимальных токовых защит и расчет дифференциальной токовой защиты без торможения.

Список источников

1. Шпиганович, А.Н. Релейная защита и автоматизация управления системами электроснабжения [Текст] / А.Н. Шпиганович, Э.С., Петров. - Л.: ЛГТУ, 1999. - 80 с.

. Шабад, М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей [Текст] / М.А. Шабад. - СПб.: Энергия, 1976. - 288с.

. Федоров, А.А. Справочник по электроснабжения промышленных предприятий [Текст] / А.А. Федорова, Г.В. Серебриновского. - М.: Энергия, 1973. - 520 с.

. СТО-13-2011 Студенческие работы. Общие требования к оформлению. Липецк: ЛГТУ, 2011, 32 с