Материал: Розрахунок захисту кабельної лінії

- довжина кабельної лінії, км.

При замиканні однієї жили кабеля на його металеву оболонку і, отже, на землю ємнісний струм у цій пошкодженій жилі зростає у три рази відносно власного ємнісного струму. В двох інших непошкоджених жилах ємнісний струм зростає відповідно у  з урахуванням того, що в стільки ж разів зростає напруга непошкоджених жил відносно землі:.

У загальному випадку мережа 10 кВ складається з декількох кабельних ліній і ємності кожної з жил відносно землі додаються. Це означає, що при замиканні однієї жили будь-якої з кабельних ліній її ємнісний струм буде визначаться сумарною ємністю мережі відносно землі:

. (2.15)

Тут - струм однофазного замикання на землю, який протікає пошкодженою жилою кабеля, А ;

- власний ємнісний струм кожної з кабельних ліній за формулою (2.14).

Якщо власний ємнісний струм кожної з кабельних ліній невідомий, то струм однофазного замикання на землю в амперах можна розрахувати за формулою = (U*L)/10, де U- напруга мережі, кВ, L - загальна довжина кабельної мережі, км. Якщо 15 А, то необхідно з метою його обмеження на цьому рівні встановити в нейтралі обмотки НН трансформатора 110/10 кВ дугогасну котушку, з‘єднану другим виводом із землею. При цьому мережа 10 кВ з ізольованою нейтраллю перетворюється у мережу з компенсованою нейтраллю, а струм однофазного замикання на землю приймається на рівні 15А. Розрахунок струму однофазного замикання на землю зводимо у таблицю (див. Додаток Г, табл.2.7).

На цьому розрахунок струмових режимів кабельних ліній вважається закінченим і його результати використовують при розрахунках уставок спрацьовування релейних захистів.

2.4 Вибір і розрахунок релейних захистів

Для кабельних ліній 10кВ з одностороннім живленням передбачається згідно з ПУЕ  двоступеневий струмовий захист від міжфазних коротких замикань на лініях і захист нульової послідовності від однофазних замикань на землю.

Перший ступінь струмового захисту - струмова відсічка без витримки часу - захищає кабельну лінію і частково обмотку 10 кВ трансформаторів 10/0,4 кВ від міжфазних коротких замикань. Вона діє на миттєве вимикання лінії від живлення.

Другий ступінь струмового захисту - максимальний струмовий захист (МСЗ) з витримкою часу - забезпечує резервування струмової відсічки і запобіжників на стороні10 кВ трансформаторів 10/0,4 кВ при їх неспрацьовуванні.

Уставку спрацьовування струмової відсічки розраховують, виходячи з наступних умов: 1) вона повинна захищати всю лінію і частково первинні обмотки трансформаторів 10/0,4 кВ; 2)вона не повинна спрацьовувати при коротких замиканнях на стороні 0,4 кВ трансформаторів і при кидках струмів при їх вмиканні під напругу, за формулою

, (2.16)

де  - уставка струмової відсічки, А;

 - значення струмів у лініях при трифазних коротких замиканнях на стороні 0,4 кВ трансформаторів 10/0,4 кВ, дійсні значення яких беруть з табл. 2.6 Додатку В.

Умови перевірки струмової відсічки на правильність функціювання згідно з ПУЕ  такі: 1) на відповідність коефіцієнта чутливості  струмової відсічки нормам ПУЕ за формулою

, (2.17)

де  - струм у лініях при двофазних коротких замиканнях в кінці ліній,А; 2) на неспрацьовування від кидка струму при одночасному вмиканню під напругу трансформаторів 10/0,4 кВ за формулою

, (2.18)

де  - сумарний номінальний струм трансформаторів 10/0,4 кВ, підключених до лінії, визначається за формулою (2.1).

Розрахунок і перевірку струмових відсічок кабельних ліній 10 кВ зводимо в таблицю, як показано у Додатку В (табл. 2.8).

Уставку спрацьовування максимального струмового захисту (МСЗ) ліній розраховуємо за формулою

, (2.19)

де  = 1,2 - коефіцієнт запасу;

= 1,2 - коефіцієнт самозапуску електродвигунів;

 = 0,85 - коефіцієнт повернення струмового реле;

- максимальний робочий струм лінії (див. у табл. 2.1).

Умови перевірки МСЗ на правильність функціонування полягає у відповідності коефіцієнта чутливості МСЗ нормам ПУЕ встановлюють за формулою

>1.2, (2.20)

де  - струм в лінії при однофазному к.з. на шинах 0,4 кВ визначають за формулою:

, (2.21)

де  - струм в лінії при трифазному к.з. на шинах 0,4 кВ. Якщо уставка (струм) спрацьовування МСЗ не відповідає вимогам ПУЕ за коефіцієнтом чутливості МСЗ, то необхідно використати комбінований струмовий захист з пуском за мінімальною напругою або симетричними складовими за напругою чи струмом [3,4,5].

Уставку витримки часу при спрацьовуванні МСЗ вибирають, виходячи з наступних умов: 1) витримка часу повинна бути меншою інтервалу часу термостійкості кабеля при протіканні через нього струму трифазного к.з; 2) витримка часу повинна бути більшою ніж у три рази згідно з ПУЕ від часу спрацьовування запобіжників на стороні ВН трансформаторів 10/0,4 кВ.

Інтервал часу  термостійкості кабелю обчислюють за формулою

, (2.22)

 - струм в лініях при трифазному к.з. на початку лінії ( на шинах 10 кВ), А;

= 0.01- розрахунковий коефіцієнт для кабелів з алюмінієвими жилами.

Запобіжники на стороні ВН трансформаторів 10/0,4 кВ вибирають наступним чином. Розрахунковий  струм плавкої вставки обчислюють за формулою

, (2.23)

де  - номінальний струм первинної обмотки трансформатора 10/0,4 кВ, А.

За розрахунковим струмом згідно з рис. А1 (див. Додаток А) приймають плавку вставку із стандартним номінальним струмом, найближчим до розрахункового значення в більшу або меншу сторону з урахуванням похибки спрацьовування запобіжника плюс-мінус 20%. За захисною характеристикою запобіжника (див. рис. А.1 Додатку А) визначають час спрацювання (плавлення) плавкої ставки таким чином: на нижній осі ( вісь абсцис) струмів відкладають значення струму в лінії і, отже, в обмотці ВН трансформатора 10/0,4 кВ при двофазному к.з. на шинах 0,4 кВ і піднімають перпендикуляр до перетину з кривою, що відповідає вибраній плавкій вставці. Від точки перетину опускають перпендикуляр на вісь часу (вісь ординат). Перевірку чутливості запобіжника виконують за формулою

 > 3, (2.24)

де  - коефіцієнт чутливості запобіжника;

 - струм в лінії і в первинній обмотці трансформатора при однофазному к.з. на виводах його вторинної обмотки, визначають за формулою (2.21);

- номінальний стандартний струм прийнятої плавкої вставки запобіжника. Якщо < 3, то необхідно прийняти номінальний стандартний струм плавкої вставки на крок менше.

Вибір і перевірку запобіжників на стороні первинної обмотки трансформаторів 10/0,4 кВ зводимо в таблиці, як показано в Додатку В, табл. 2.9.

Витримку часу спрацьовування МСЗ приймаємо в три рази більшою за час спрацьовування запобіжника, тобто

_МСЗ > 3Т_ПВ. (2.24а)

Вона повинна бути меншою за час термічної стійкості кабеля. Результати розрахунку МСЗ зводимо в таблиці, як показано в Додатку В, табл.. 2.10.

За результатами розрахунків релейних захистів будуємо так звану карту селективності захистів, яка показує зони дії захистів відносно довжини лінії і узгодження часу їх спрацьовування. Приклад карти селективності захистів показано в Додатку В, яку будуємо наступним чином. На горизонтальній осі абсцис відкладаємо довжину самої довгої лінії у кілометрах, на вертикальній осі - струми коротких замикань. Будуємо прямолінійну залежність струмів дво- і трифазних коротких замикань від довжини лінії за трьома точками:1) початок лінії (шини 10 кВ), 2) кінець лінії, 3) шини 0,4 кВ. На осі струмів відкладаємо значення уставок спрацьовування струмової відсічки та максимального струмового захисту і проводимо прямі лінії, паралельні осі абсцис. Точки перетину ліній уставок з лініями струмів к.з. і визначають зони дії захистів. Побудова карти узгодження часів спрацьовування захистів зрозуміла з рисунку Г.3 Додатку В. Для захисту кабельних ліній 10 кВ від однофазних замикання на землю прийнято захист нульової послідовності, який діє на сигналізацію для оперативного персоналу підстанції 110/10 кВ. Уставку спрацьовування захисту  розраховуємо за умовою відстройки захисту від власного ємнісного струму  за формулою

, (2.25)

де  = 1,5 - коефіцієнт кидка струму при вмиканні лінії під напругу;

= 1,2 - коефіцієнт відстройки;

- сумарний власний ємнісний струм ліній, підключених до одного вимикача 10 кВ, де встановлений цей захист.

Перевірку захисту нульової послідовності виконуємо за коефіцієнтом чутливості  за формулою

>1.5, (2.26)

де І_С^1К, І_ВС визначаємо за формулами (2.14), (2.15).

Розрахунок захисту зводимо в таблиці, як показано в Додатку В, табл. 2.11. На цьому розрахунок релейних захистів вважається закінченим.

3. ЗАГАЛЬНА СХЕМОТЕХНІКА РЕЛЕЙНИХ ЗАХИСТІВ

.1 Вибір типових схем релейних захистів

При побудові схем релейних захистів треба керуватися вимогами ПУЕ, зокрема тим, що схеми релейних захистів ліній будуються в двох фазах А і С на основі комплектних пристроїв релейного захисту, внутрішні схеми деяких з них наведені в Додатку Б. Тип схеми залежить від заданих початкових даних до проектування, а саме типу струмового реле і типу оперативного струму для живлення схеми. При цьому мається на увазі, що привод вимикачів 10 кВ електромагнітний, тобто для вмикання та вимикання вимикачів використовують відповідно електромагніти вмикання та вимикання.

При постійному оперативному струмові використовують два комплекти релейного захисту типу КЗ - 12, один з яких як струмова відсічка без витримки часу, а другий в як максимальний струмовий захист з витримкою часу. При змінному оперативному струмові і струмовому реле типу РТ-40 використовують один комплект релейного захисту типу КЗ - 37. Якщо в якості струмового реле задане реле типу РТ-85, то воно дозволяє будувати двоступеневий релейний захист: струмову відсічку без витримки часу і максимальний струмовий захист з витримкою часу.

Креслення схеми релейного захисту повинно мати пояснювальну схему, де показано, в якому місці силової схеми вмикають трансформатори струму, які використовують в якості вимірювачів струму, безпосередньо принципову схему релейного захисту і автоматики і перелік електричних апаратів у схемі з вказівкою їх типів. Приклад виконання схеми показаний в Додатку В.

Пояснювальна записка повинна мати опис схеми релейного захисту і автоматики: спочатку переліковують електричні апарати схеми та їх призначення в схемі, потім описують роботу схеми при міжфазних коротких замиканнях та однофазних замиканнях на землю і далі принцип дії схеми релейної автоматики.

.2 Вибір і розрахунок електричних апаратів

Як вимірювачі струму в схемах релейних захистів використовують трансформатори струму (ТС), які вибирають за умовою

, (3.27)

де  - номінальний первинний струм трансформаторів струму, стандартні значення яких є такими: 50, 75,100,150,200,300,400,500 А;

- максимальний робочий струм лінії, А.

Вибір струмового реле типу РТ-40 вибирають за таблицею в Додатку А і за умовою, щоб максимальна уставка його спрацьовування була більшою за значення уставки спрацьовування струмової відсічки та максимального струмового захисту.

Якщо як струмове реле використовують реле типу РТ-85/1, то його технічні характеристики РТ-85/1: максимальна потужність реле -10 ВА; уставки струму спрацьовування індукційного елемента реле дискретні - 4; 5; 6; 7; 8; 9; 10 А;уставки електромагнітного елемента реле кратні до струму спрацьовування індукційного елемента і регулюють плавно від 2 до 8 крат ; витримку часу спрацьовування індукційного елемента регулюють плавно від 0,5 до 4 с.

Методика розрахунку параметрів спрацьовування реле РТ-85/1 наступна. Розрахункову уставку спрацьовування індукційного елемента реле (максимальний струмовий захист) обчислюють за формулою

,(3.28)

де - уставка спрацьовування максимального струмового захисту, А;

- коефіцієнт трансформації ТС, = І_1ТА/ 5.

З урахуванням того, що уставки спрацьовування індукційного елемента реле встановлюються дискретно, розрахункове значення округлюють до найближчого цілого числа 4,5,6,7,8,9,10, яке і є прийнятою уставкою спрацьовування  індукційного елементу реле.

Уставку спрацьовування електромагнітного елемента реле (струмова відсічка) обчислюють відповідно  в амперах і  у крайностях

, (3.29)

, (3.30)

де  - уставка спрацьовування струмової відсічки;

- уставка спрацьовування електромагнітного елемента реле як кратне число до уставки спрацьовування індукційного елемента реле ( може бути дробним числом).

Опір котушки реле РТ-85/1 обчислюють за формулою

, Ом. (3.31)

Реле РТ-85/1 має потужні перемикаючі контакти, тому його використовують у схемах релейного захисту з дешунтуванням котушки електромагніта вимикання (ЕВ) масляного вимикача . Як електромагніт вимикання ЕВ застосовують реле прямої дії типу РТМ, струм спрацьовування якого 5А. Якщо уставка спрацьовування реле РТ-85/1 менше 5 А, то як джерело оперативного струму живлення реле РТМ необхідно використати попередньо заряджені конденсатори.