Материал: Розрахунок захисту кабельної лінії

Розрахунок захисту кабельної лінії

Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

Доповідь з курсу:

Релейний захист

на тему:

«Розрахунок захисту кабельної лінії»

Виконав

Ст.V курсу ІЕЕ

Групи ОЕ-51

Зорик О.В.

Київ 2010

Зміст

1. ВСТУП

. ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА РОЗРАХУНКІВ ЗАХИСТУ

.1 Розрахунок струмів нормальних режимів і параметрів ліній

.2 Розрахунок струмів міжфазних коротких замикань

.3 Розрахунок струмів при однофазних замиканнях на землю

.4 Вибір і розрахунок релейних захистів

. ЗАГАЛЬНА СХЕМОТЕХНІКА РЕЛЕЙНИХ ЗАХИСТІВ

.1 Вибір типових схем релейних захистів

.2 Вибір і розрахунок електричних апаратів

.3 Релейна автоматика кабельних ліній

ДОДАТКИ

1. ВСТУП

Коротка історична довідка розвитку кабельних мереж міста Києва.

Історія розвитку електричних мереж м. Києва є цікавою і на різних етапах багатою на розробки інженерних працівників, які зробили вагомий внесок у технічне удосконалення та надійність мереж. 1920 року Київські електромережі налічували 243 ТП напругою 2,2 кВ. Довжина мережі напругою 2,2 кВ становила: кабельної - 148 км; повітряної - 89,4 км; довжина розподільчої низьковольтної мережі: кабельної - 23,4 км; повітряної - 364 км.

року вперше в СРСР інженери Маркевич В.П., Бєлінський В.М. та інші впровадили індуктивний метод визначення проходження траси та місця пошкодження кабелю, а інженери Іносов В.Л. та Корнієнко Є.Ф. також вперше в країні розробили та впровадили пристрої релейного захисту на змінному оперативному струмі із швидконасичуваними трансформаторами.

рік. Інженери Іносов В.Л. та Слонім О.Я. розробили і впровадили оригінальну кабельну воронку для зовнішніх пристроїв, яка дала можливість виконувати кабельний ввід від повітряних мереж. Сучасні конструкції таких пристроїв ґрунтуються на розробках Київенерго.

У цей період київська енергосистема була однією з передових у розробленні перших пристроїв автоматики на електростанціях та в електромережах.

року застосовували захист від замикання на "землю" кабельних мереж, диференційний захист генераторів за принципом порівняння контрольних кіл.

У 1948-1950 рр. в електричних мережах міста почалося успішне впровадження системи телемеханіки, у 1951 р. - телемеханізованого диспетчерського пункту.

року ввели в дію перші кабельні мережі 35 кВ, а 1952 року розпочали переведення мереж з напруги 0,23 кВ на 0,4 кВ, яке повністю завершили 1960 року.

У 1979 р. усі 5 районів кабельних мереж були обладнані новими пультами і диспетчерськими щитами. 1977 року вперше ввели в експлуатацію кабельні мережі 110 кВ.

р., було розроблено та впроваджено в роботу покажчик замикання кабелів "УЗК-1" малих габаритів та прискореного пошуку пошкодження ділянок мереж, покажчик струму короткого замикання "УТКЗ-2Л", автоматичний регулятор налагодження компенсації.

За ці роботи у 1981-82 рр. розробників нагороджено срібними та бронзовими медалями, а Київські кабельні мережі - дипломом ВДНГ СРСР ІІ і ІІІ ступеня.У 1983 р. проведено перші досліди з автоматичного контролю за енергоспоживанням.

З 1988 р. виконуються роботи зі створення диспетчерського пункту контролю за споживанням електричної енергії з використанням контролерів типу "К-544" і "ЦТ-500". Починаючи з 1987 р., інтенсивно впроваджуються автоматизовані робочі місця на базі персональних ЕОМ.

У 1989 р. в РКМ "Центральний" впроваджено один з перших у країні програмний комплекс телемеханіки "Граніт".

Загальна довжина кабельних ліній електропередавання становить 9,4 тис. км, повітряних ліній - 1,5 тис. км. Переважну частину кабельних ліній електропередавання становлять лінії розподільчої мережі 10 кВ та 0,4 кВ.

У Кабельних мережах встановлено 5040 силових трансформаторів напругою 10/110 кВ та 4243 вимикачі.

На сучасному етапі захист кабельних ліній є важливою складовою в процесі експлуатації енергопостачальних мереж. До даного питання варто приділити чималу увагу, адже специфіка таких ліній зв’язана зі значними труднощами при пошуку пошкодження, а особливо при його усуненні. Тому важливо уникати аварійних ситуацій, а також розробляти механізми попередження пошкоджень на ранніх стадіях КЗ.

. ЗАГАЛЬНА МЕТОДИКА РОЗРАХУНКІВ ЗАХИСТУ

2.1 Розрахунок струмів нормальних режимів і параметрів ліній

Струм навантаження кожної кабельної лінії залежить від кількості підключених до неї трансформаторів 10/0,4 кВ і в нормальному режимі визначається за формулою,

, А, (2.1)

де  - сумарна номінальна потужність одного або декількох трансформаторів 10/0,4 кВ, підключених до кожної лінії, кВА;

= 10 кВ - лінійна напруга мережі.

Максимальний струм навантаження лінії у післяаварійному режимі визначають для випадку виходу з ладу одного з трансформаторів підстанції 10/0,4 кВ, коли другий працює з перевантаженням 140%, тобто

. (2.2)

Поперечний переріз кожної з кабельних ліній розраховують за економічною щільністю струму, тобто

, (2.3)

де  - розрахункове значення поперечного перерізу лінії, мм;

 - економічна щільність струму, А/ мм.

Значення економічних щільностей струму наведені у “Правилах улаштування електроустановок” (ПУЕ) і для кабелів з алюмінієвими жилами при максимальному завантаженні 3000-5000 год. на рік становлять =1,4 А/ мм.

За розрахунковими значеннями поперечного перерізу приймають, як правило, найближче в більшу або меншу сторону стандартне значення поперечного перерізу згідно з , які наведені в додатку А, табл. А.1. Прийняте значення поперечного перерізу перевіряють на тривало-допустимий струм згідно з ПУЕ , значення яких наведено в табл. А.1 додатку А.

За прийнятими значеннями поперечних перерізів кожної з кабельних ліній розраховують активний і реактивний опори для них за формулами

;, (2.4)

де ,  - питомі активний і реактивний опори 1 км кабельної лінії з алюмінієвими жилами, значення яких для ліній відповідного поперечного наведені в додатку А, табл. А.1;

- довжина кожної з кабельних ліній відповідного перерізу, км.

Результати розрахунків параметрів кабельних ліній та їх струмових режимів зводять у таблицю, як показано в Додатку В (табл.2.1).

.2 Розрахунок струмів міжфазних коротких замикань

Розрахунок струмів у кабельних лініях при міжфазних коротких замиканнях виконують на основі схеми заміщення, приклад якої показаний у контрольному прикладі в Додатку В. У цій схемі реальні елементи мережі - лінії і трансформатори - представлені активними і реактивними опорами.

Величини активних і реактивних опорів схеми заміщення визначають наступним чином. Реактивний опір,Ом енергосистеми знаходять за формулою

, (2.5)

де  = 110 кВ - номінальна напруга енергосистеми;

- потужність енергосистеми, МВА.

Активний  і реактивний  опори повітряної лінії 110 кВ розраховується за формулами

 ; , (2.6)

де ,  - питомі активний і реактивний опори 1км сталеалюмінієвих проводів марки АС, які для відповідних поперечних перерізів визначаються згідно з табл. А.3 Додатку А;

- довжина повітряної лінії 110 кВ, км.

,, ,(2.7)

де , ,  - повний, активний і реактивний опори трансформатора в режимах короткого замикання, Ом;

- напруга короткого замикання трансформатора;

- номінальна потужність трансформатора, МВА;

,  - номінальні значення первинних напруги, кВ і струму, який розраховують за формулою (2.1) в амперах;

- потужність короткого замикання трансформатора, кВт.

Триобмотковий трансформатор в режимах короткого замикання представляється трипроменевою схемою заміщення (рис.2.1) тільки з індуктивними опорами розсіювання, бо триобмоткові трансформатори виготовляють потужністю більше 6300 кВа і первинною напругою більше 110 кВ, що дозволяє нехтувати активним опором трансформатора. Індуктивні опори схеми заміщення трансформатора дорівнюють

Х_ВН =0.5(Х_ВН-СН + Х_ВН-НН - Х_СН-НН),

Х_СН =0.5(Х_ВН-СН + Х_СН-НН - Х_ВН-НН),(2.8)

Х_НН =0.5(Х_ВН-НН + Х_СН-НН - Х_ВН-СН).

У виразах (2.8) опори Х_ВН-СН, Х_ВН-НН, Х_СН-НН обчислюють за першою формулою (2.7), та відповідними значеннями напруг короткого замикання И_{К. ВН-СН,} И_{К. ВН-НН,} И_{К. СН-НН,} тому що в даному випадку індуктивні опори схеми заміщення дорівнюють його повному опору. Індуктивний опір трансформатора залежно від типу короткого замикання на сторонах середньої чи низької напруги дорівнює сумі опорів відповідних променів схеми заміщення (рис.2.1 ).

Трансформатори з розщепленою обмоткою низької напруги представляють трипроменевою схемою заміщення (рис.2.1), в якій один промінь відповідає обмотці високої напруги, а два інших - розщепленій обмотці низької напруги, що складається з двох обмоток НН1 та НН2, потужність кожної з яких дорівнює половині потужності обмотки високої напруги.

Індуктивні опори променів схеми заміщення для практичних розрахунків визначають за емпіричними формулами

Х_ВН = 0.125 Х_ВН-НН,Х_НН1= Х_НН2 = 1.75 Х_ВН-НН, (2.9)

де Х_ВН-НН - індуктивний опір трансформатора при паралельному з’єднанні розщеплених обмоток, який визначається за першою формулою (2.8) і за напругою короткого замикання відповідно до паралельного з’єднання розщеплених обмоток, про що вказується у паспорті на трансформатор, тому що в даному випадку індуктивні опори схеми заміщення дорівнюють його повному опору. Індуктивний опір трансформатора дорівнює сумі опорів відповідних променів схеми заміщення (рис. 2.1 ).

Активний і реактивний опори кабельних ліній і трансформаторів 10/0,4 кВ необхідно привести до напруги 110 кВ за формулами

,, (2.10)

де ,  - розрахункові дійсні значення активних і реактивних опорів ліній і трансформаторів 10/0,4 кВ, Ом ;

, - приведені до напруги 110 кВ значення активних і реактивних опорів;

= 11- коефіцієнт трансформації трансформатора 110/10 кВ.

Результати розрахунків приведених активних і реактивних опорів схеми заміщення за вищенаведеними формулами зводимо у таблиці як показано у контрольному прикладі додатку В (табл. 2.2, 2.3, 2.4).

Розрахунок приведених до 110 кВ струмів  в лініях при три- та двофазних коротких замиканнях розраховують за формулами

; (2.11)

, (2.12)

де , - сума відповідно активних і реактивних опорів схеми заміщення від джерела живлення до відповідної точки короткого замикання, значення яких зводяться в таблицю (див. додаток Г, табл. 2.5).

Слід зазначити, що отримані за формулами (2.11) і (2.12) струми короткого замикання в кабельних лініях 10 кВ є приведеними до напруги 110 кВ. Для отримання дійсних значень струмів  необхідно приведені значення помножити на коефіцієнт трансформації трансформатора 110/10 кВ, тобто

. (2.13)

Результати розрахунків зводять у таблицю (див. додаток Г, табл. 2.6).

.3 Розрахунок струмів при однофазних замиканнях на землю

Однофазне замикання жил кабельних ліній на землю через заземлену металеву оболонку кабелів має свої особливості, обумовлені режимом ізольованої нейтралі мережі 10 кВ. Кожна жила кабельної лінії має ємність відносно металевої оболонки кабеля, яка з‘єднана із заземлюючим пристроєм на підстанції 110/10 кВ і, отже, має ємність відносно землі. Це означає, що по жилах кабельної лінії протікають струми ємнісного характеру. Величина цих так званих власних ємнісних струмів кожної з ліній визначається формулою

, (2.14)

де  - власний ємнісний струм лінії, А;

 - питомий ємнісний струм на одиницю довжини лінії, визначається за табл. А1 у Додатку А, А/км;