Материал: Система электроснабжения сельскохозяйственного района Нечерноземной зоны

 - вторичный номинальный ток устройства, А.

Сопротивление “Сириус-2Л”:

сопротивление соединительных проводов:

 Ом, (9.5)

где ρ - удельное сопротивление материала провода;

l_расч - длина соединительных проводов от ТТ до устройства “Сириус 2Л”, которое приблизительно равно 4 м [2];

q - сечение соединительных проводов, минимальное сечение по условиям прочности для медных жил, q = 2,5 мм² [1].

Результирующее сопротивление равно по (9.3):

что меньше, чем  Ом, следовательно, полная погрешность трансформатора тока менее 10%.

.1.2 Расчет уставок защит отходящих линий

Защита всех отходящих линий 10 кВ реализована таким же образом, как и рассмотренная в п.9.1.1. Расчет уставок защит и их проверка производится аналогично. Результаты выбора уставок защит приведены в Приложении 2.

Замыкание на землю одной фазы в сетях с изолированной нейтралью не является КЗ, поэтому защиту выполняют действующей на сигнал. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неизбирательной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения.

.2 Расчёт релейной защиты силовых трансформаторов

В соответствии с ПУЭ для трансформаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

от многофазных КЗ в обмотках и на выводах;

витковых замыканиях в обмотках;

токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ;

токов в обмотках, обусловленных перегрузкой;

понижения уровня масла.

Выполняем защиту трансформатора на базе микропроцессорного устройства защиты Сириус-Т.

Рассчитаем защиту трансформатора мощностью 10 МВ·А. Трансформатор установлен на двухтрансформаторной подстанции. Питание имеет только со стороны ВН.

Уставки I_НОМ.ВН. , I_НОМ.НН., "размах РПН" можно выбирать либо исходя из полного размаха РПН и его среднего ответвления, либо исходя из реально возможных отклонений регулятора и некоторого оптимального значения U_ОПТ..

Согласно [5] за реально возможный диапазон регулирования напряжения принят диапазон от 96.5 кВ до 126 кВ. В таком случае середина диапазона равна:

.5 + (126 - 96.5)/2 = 111,25 (кВ).

Это значение и принимаем за U_ОПТ. Дальнейший расчёт сведём в таблице 9.2.

Таблица 9.2

Результаты расчёта вторичных токов в плечах защиты

Сквозной трехфазный ток КЗI_kмах, приведенный к стороне ВН, кА: 3,85.

.2.1 Расчет дифференциальной отсечки (ДЗТ-1)

Выбору подлежит:  - относительное значение уставки срабатывания отсечки.

Максимальный ток внешнего расчетного КЗ равен 3850 А. Относительное значение этого тока равно

Уставка отсечки равна:

Принимаем уставку  = 64.

.2.2 Расчет дифференциальная защиты (ДЗТ-2)

ДЗТ-2 - чувствительная ступень с торможением. Данная ступень предназначена для защиты трансформатора как от повреждений, сопровождающихся большими значениями токов, так и от межвитковых замыканий, при которых значение аварийного тока меньше номинального тока обмотки трансформатора.

Характеристика срабатывания (тормозная характеристика) определяется соотношением величин первых гармоник дифференциального и тормозного токов. Эта характеристика изображена на рисунке 9.3.

Ломаная А, В, С (рисунок. 9.3) делит координатную плоскость на две части - область срабатывания и несрабатывания. Все, что лежит выше ломанной, является областью срабатывания. Если расчетное соотношение токов I_диф / I_торм лежит выше границы разделения областей, то происходит срабатывание (при отсутствии в этот момент блокировок по другим условиям, например, по второй гармонике), и устройство выдает сигнал на отключение.

Рисунок 9.3 - Типовая тормозная характеристика ступени ДЗТ-2

Выбору подлежат:

I_D1/ I_ном - базовая уставка ступени;

k_торм, % - коэффициент торможения (наклон тормозной характеристики на втором ее участке);

I_Т2/ I_ном - вторая точка излома характеристики

I_D2 / I_D1 - уставка блокировки от второй гармоники

Базовая уставка I_D1/I_ном определяет чувствительность рассматриваемой ступени защиты. Согласно [8], следует стремиться иметь уставку в пределах (0,30,5) для обеспечения чувствительности к полным витковым замыканиям в переплетенных обмотках и к межкатушечным замыканиям в любых обмотках. Принимаем уставку I_D1/I_ном = 0,3.

Расчет коэффициента торможения

Коэффициент торможения k_торм должен обеспечить несрабатывание ступени при сквозных токах, соответствующих второму участку тормозной характеристики (примерно от 1,0 до 3,0 I_ном).

Расчетный ток небаланса, порождаемый сквозным током, состоит из трех составляющих и определяется выражением:

,

где k_пер - коэффициент, учитывающий переходный режим, k_пер = 2,5;

k_одн - коэффициент однотипности трансформаторов тока, k_одн = 1,0;

 - относительное значение полной погрешности трансформаторов тока в установившемся режиме,

Первое слагаемое обусловлено погрешностями трансформаторов тока. Второе обусловлено наличием РПН. Рекомендуется считать  равным полному размаху РПН.

Третье слагаемое обусловлено неточностью задания номинальных токов сторон ВН и НН - округлением при установке, а также некоторыми метрологическими погрешностями, вносимыми элементами устройства. Расчетное значение можно принимать

Для надежной отстройки от тока небаланса, следует его умножить на коэффициент отстройки k_отс, который согласно [4] следует принимать равным 1,3.

Если по защищаемому трансформатору проходит сквозной ток , он может вызвать дифференциальный ток:

При принятом способе формирования тормозного тока, он равен:

Коэффициент снижения тормозного тока равен:

Чтобы реле не сработало, коэффициент торможения в процентах должен определяться по выражению:

Выбор второй точки излома тормозной характеристики.

Вторая точка излома тормозной характеристики I_Т2/I_ном определяет размер второго участка тормозной характеристики. В нагрузочном и аналогичных режимах тормозной ток равен сквозному. Появление витковых КЗ лишь незначительно изменяет первичные токи, поэтому тормозной ток почти не изменится. Для высокой чувствительности к витковым КЗ следует, чтобы во второй участок попал режим номинальных нагрузок (I_Т/I_ном = 1), режим допустимых длительных нагрузок (I_Т/I_ном = 1,3). Желательно, чтобы во второй участок попали и режимы возможных кратковременных нагрузок (самозапуск двигателей после АВР, пусковые токи мощных двигателей, если таковые имеются). Уставка I_T2/ I_ном рекомендуется равной (1,52).

Первая точка излома тормозной характеристики вычисляется в реле автоматически по выражению:

Уставка блокировки от второй гармоники I_D2 / I_D1 на основании опыта фирм, давно использующих такие защиты, рекомендуется на уровне (1215)%. Принимается I_Т2/ I_ном = 2, I_D2 / I_D1 = 0,15.

Условие расположения точек излома I_Т2/ I_ном>I_Т1/ I_ном соблюдается.

Тормозная характеристика ДЗТ-2 в соответствии с рассчитанными уставками приведена на рисунке 9.4.

Рисунок 9.4 - Тормозная характеристика ступени ДЗТ-2

.2.3 Сигнализация небаланса в плечах дифференциальной защиты

Уставка по току выбирается меньше, чем уставка I_Д1/I_НОМ, а уставка по времени порядка нескольких секунд, что позволяет выявлять неисправности в токовых цепях дифференциальной защиты.

Принимаются в соответствии с[8] значения уставок:

I_Д/I_НОМ = 0,1; Т = 10 с.

.2.4 МТЗ от перегрузки

Данная защита контролирует токи в обмотках трансформатора и действует на сигнал. Для контроля перегрузки двухобмоточного трансформатора достаточно следить за токами в одной из его обмоток . Для удобства пользования можно вводить контроль токов как в обмотке стороны ВН трансформатора, так и в обмотке стороны НН. Уставки по току перегрузки задаются отдельно для высшего и низшего напряжений. Отключение контроля перегрузки производится с помощью уставок «Функция ВН» и «Функция НН».

В случае, если в течение времени Т_ПЕРЕГР хотя бы один из токов превышает заданную уставку, то загорается светодиод «Перегрузка» и появляется надпись на индикаторе с расшифровкой стороны, на которой произошла перегрузка. Также замыкаются контакты реле «Внешняя неисправность» и загорается светодиод «Внешняя неисправность», что сигнализирует возникновение внешней неисправности.

Светодиод «Перегрузка» работает в следящем режиме (гаснет при возврате токового органа).

,

где  - коэффициент отстройки (для перегрузки принимается равным);

- коэффициент возврата (в данном устройстве = 0.95).

Расчётные значения уставок перегрузки равны:

Сторона ВН:  (А);

Сторона НН:  (А).

Выдержка времени

.2.5 МТЗ трансформатора от токов внешних КЗ

Ток срабатывания защиты МТЗ отстраивается от максимального рабочего тока, протекающего через трансформатор [9].

Защита должна быть согласована по чувствительности с защитами отходящих присоединений по условию:

, (9.6)

где - наибольший из токов срабатывания максимальных защит отходящих элементов (МТЗ ВЛ 10 кВ “Югский”: 99,4А);

- ток нагрузки элементов за исключением того, с которым производится согласование.

Проверяем коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором:

Коэффициент чувствительности удовлетворяет условию.

Выдержка времени срабатывания защиты должна быть минимальной и согласованной с МТЗ отходящих присоединений:

.2.6 Газовая защита

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке повреждённого трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размера повреждения, поэтому газовая защита различает степень повреждения и в зависимости от этого действует либо на отключение, либо на сигнал.

Газовая защита поставляется вместе с трансформатором и расчету не подлежит. Газовая защита отечественных трансформаторов реализована на реле с чашкообразными элементами типа РГЧЗ-66.

Данная защита подключается к микропроцессорному устройству как внешняя защита.

Для увеличения возможностей устройства в нем имеются два дополнительных дискретных входа для отключения от внешних защит «Внешнее отключение 1» и «Внешнее отключение 2». Свойства каждого входа программируются отдельно с помощью уставок. Для увеличения надежности и отстройки от ложных срабатываний может быть введен отдельно для каждого входа дополнительный контроль по току стороны ВН трансформатора с помощью уставки «Контр. по I». При этом для отключения выключателя будет необходимо наличие сигнала на входе, например, «Внешнее отключение 1», а также наличие пуска токового органа, порог срабатывания которого задается с помощью уставки «I контр. вх, А» в группе уставок «Общие » (этот же токовый орган используется для контроля по току входа УРОВ ).

Вход «Газовая защита трансформатора» является входом безусловного отключения и используется для подведения к устройству отключающего сигнала от цепей газовой защиты трансформатора. Длительность замыкания отключающих реле равна 1 секунде независимо от длительности присутствия данного сигнала на входе .

Для оперативного вывода из действия входа отключения от газовой защиты предусмотрен тумблер «Газовая защита трансформатора». В случае если тумблер находится в положении «ОТКЛ» и на входе появляется сигнал, то при срабатывание реле отключения на индикаторе появляется сообщение «Вход сигн. ГЗ», а также сигнал «Внешняя неисправность», что сигнализирует о возникновении внешней неисправности.

Уставки защиты трансформаторов Т1, Т2 приведены в таблице 9.3.

Таблица 9.3

Уставки защит трансформаторов Т1, Т2