Расчет РЗ траснформатора 100,4 кВ. Курсовая 8 вариант итог. Определение рабочих токов и коэффициента самозапуска

• Название: Определение рабочих токов и коэффициента самозапуска
• Анкор: Расчет РЗ траснформатора 100,4 кВ
• Дата: 07.11.2022
• Размер: 130.41 Kb.
• Имя файла: Курсовая 8 вариант итог.docx
• Тип: Реферат; #774744

Содержание

Введение 5

1. Определение рабочих токов и коэффициента самозапуска 7

2. Расчет токов короткого замыкания 7

3. Выбор трансформаторов тока, аппарата защиты на стороне 0,4 кВ и выключателя на стороне 10 кВ 9

3.1 Выбор выключателя на стороне 10 кВ 9

3.2 Выбор трансформатора тока на стороне 10 кВ 11

3.3 Выбор аппарата защиты на стороне 0,4 кВ 13

4. Расчет МТЗ, ТО, защиты от перегрузки 14

4.1 Расчет МТЗ 14

4.2 Расчет ТО 15

4.3 Расчет защиты от перегрузки 16

5. Проверка трансформаторов тока на 10-% погрешность 16

6. Составление карты уставок для выбранного терминала и построение карты селективности 17

Заключение 19

Список литературы 20

Введение 5

1.Определение рабочих токов и коэффициента самозапуска 7

2.Расчет токов короткого замыкания 7

3.Выбор трансформаторов тока, аппарата защиты на стороне 0,4 кВ и выключателя на стороне 10 кВ 9

3.1 Выбор выключателя на стороне 10 кВ 9

3.2 Выбор трансформатора тока на стороне 10 кВ 11

3.3 Выбор аппарата защиты на стороне 0,4 кВ 13

4.Расчет МТЗ, ТО, защиты от перегрузки 14

4.1 Расчет МТЗ 14

4.2 Расчет ТО 15

4.3 Расчет защиты от перегрузки 16

5.Проверка трансформаторов тока на 10-% погрешность 16

6. Составление карты уставок для выбранного терминала и построение карты селективности 17

Заключение 19

Список литературы 20

Введение

В соответствии с Правилами устройства электроустановок (ПУЭ) и руководящими указаниями по релейной защите, на трансформаторах устанавливаются защиты от внутренних повреждений, от внешних коротких замыканий и ненормальных режимов. В связи с этим на понижающих трансформаторах применяются следующие виды защит:

1) Газовая защита – от всех видов повреждений внутри бака трансформатора, сопровождающихся выделением газа из трансформаторного масла, а также понижением уровня масла. Газовая защита двухступенчатая, действует на сигнал и на отключение трансформатора со всех сторон.

2) Продольная дифференциальная защита – от коротких замыканий в обмотках и на наружных выводах трансформатора.

3) Максимальные токовые защиты (МТЗ) – от внешних коротких замыканий.

4) Максимальная токовая направленная защита (МТНЗ) – для устранения подпитки коротких замыканий на ЛЭП системы внешнего электроснабжения со стороны тяговой или районной обмотки трансформатора.

5) Максимальные токовые защиты – для защиты от ненормальных режимов.

В данном курсовом проекте рассчитаны максимальные токовые защиты трансформатора и защиты от перегрузки, а также сделана проверка трансформаторов тока на десятипроцентную погрешность и построена карта селективности защит для понижающего трансформатора ТМГ-630/10/0,4 кВ.

1. Определение рабочих токов и коэффициента самозапуска

Номинальный ток трансформатора:

I_ном.тр = = = 34,68 А.

Максимальный рабочий ток трансформатора:

I_{раб.макс.т} = К_пер. I_ном.т. = 1,2 34,68 = 41,62 А.

Бросок тока намагничивания возникает во всех трансформаторах, при включении на холостой ход и определяется по формуле:



Коэффициент самозапуска нагрузки:

X_c.мин. = = = 0,6 Ом.

X_1t = Z_т = = = 10,5 Ом.

X_нагр. = = = 51,04 Ом.

I_сзп. = = = 115,05 А.

К_сзп. = = = 2,76.

2. Расчет токов короткого замыкания

Для расчета токов короткого замыкания составим расчетную схему и схему замещения (рисунок 1).



Рисунок 1 - Расчетная схема и схема замещения
Произведем расчет сопротивления схемы:

X_с.мин. = 0,6 Ом;

X_c.макс. = = = 0,61 Ом;

Z_т = 10,5 Ом;

R_т = = = 2,11 Ом;

X_т = = = 10,29 Ом;

= 0,8 = 0,8 2,11 = 1,688 Ом;

= 0,8 = 0,8 10,29 = 8,232 Ом;

R_д =10,34 Ом.
Трехфазные токи КЗ на стороне 0,4 кВ (приведено к 10,5 кВ):
Металлические КЗ, максимальное трехфазное :

= = = 0,547 кА;

= = = 0,546 кA;

= ;

= = 0,35кА.
Дуговое КЗ
Трехфазное максимальное:

= = 0,37 кА;

Двукратное минимальное:

= = = 0,3 кА;

Однофазное минимальное

= ;

= = 0,22 кА.

3. Выбор трансформаторов тока, аппарата защиты на стороне 0,4 кВ и выключателя на стороне 10 кВ

3.1 Выбор выключателя на стороне 10 кВ

Для рассмотрения выбираем выключатель типа: ВК-10-20.

• 
  номинальный ток I_{ном.выкл.} = 630 А;
  
• 
  номинальное напряжение U_ном = 10 кВ;
  
• 
  номинальный ток отключения I_{ном.откл.} = 20 кА;
  
• 
  собственное время отключения t_св = 0,05 с;
  
• 
  полное время отключения t_по = 0,07 с;
  
• 
  ток термической стойкости и допустимое время его действия
  I_тс = 20 кА; t_тс = 3 с;
  

- ток динамической стойкости i_пр.скв = 52 кА.
В соответствии с ГОСТ 687-78 и ПУЭ выключатели выбираются по следующим условиям:

- по напряжению

U_{ном.выкл.} = 10 кВ ≥ (0,65-0,7) U_ном = 10 кВ;

- по номинальному току

^Iном.выкл. = 630 А ^{≥ I}_расч.max = 55,05 А;

- по отключающей способности периодической составляющей

^I_{ном.откл.} = 20 кА ^{≥ I(3)}_кз = 10,2 кА.

- по отключающей способности апериодической составляющей

ⁱ_а.ном ^{≥ i}_аτ,

τ = 0,01+ t_св = 0,01+0,05 = 0,06 с.

i_аτ = √2∙ ^I(3)_кз ∙e^-τ/Та =√2∙10,2∙e^-0,06/0,02 = 0,72 кА;

20 кА ≥ 0,72 кА;

- по динамической стойкости

ⁱ_пр.скв.^{≥ i}_уд^{, i}_пр.скв.^{≥ I(3)}_кз^;

i_уд = √2 ∙ ^I(3)_кз ∙К_у = √2 ∙ 10,2 ∙ 1,7 = 24,52 кА,

К_у = 1,7 для сети 10 кВ;

52 кА ≥ 24,52 кА;

52 кА ≥ 10,3 кА;

- по термической стойкости

I²_τ∙t _τ ≥ B_к

В_к = ^I(3)_кз ² ∙ (t_откл + Т_α) = 10,2²∙ (0,3 + 0,02) = 33,29 кА²∙с,

Т_α = 0,02 с для сети 10 кВ;

20²∙3 = 1200 кА²∙с ≥ 33,29 кА²∙с.

Таким образом, все условия проверки выполняются, принимаем к установке вакуумный выключатель ВК-10-20.

3.2 Выбор трансформатора тока на стороне 10 кВ

Выбираем ТТ типа ТПЛ-10-У3 со следующими параметрами:

U_ном = 10 кВ;

I_1н = 100 А; I_2н = 5 А;

I_т = 50 кА;

i_дин = 60 кА;

S_2изм = 30 ВА; S_2защ = 15 ВА;

t_т = 3 с.

Время отключения t_откл = 0,04 с.

Выполним проверку:

1. 
   по номинальному напряжению U_ном.тт. = 10 кВ ≥ U_ном = 10 кВ^;
   
2. 
   по рабочему току ^I_ном.тт. = 100 А ^{≥ I}_расч.max = 55,05 А;
   
3. 
   по электродинамической стойкости ⁱ_пр.скв. = 60 кА ^{≥ i}_уд = 24,52 кА^;
   
4. 
   по термической стойкости I²_τ∙t _τ ≥ B_к
   

В_к = 50²∙3 = 7500 кА²∙с ≥ 33,29 кА²∙с;

5. 
   по сопротивлению загрузки ^Z_2ном ^{≥ Z}₂^,
   

где Z_2ном – сопротивление вторичной обмотки в соответствии с каталожными данными, рассчитывается по формуле:

Z_2ном = S / I²_2ном

где Z₂ – расчетное сопротивление вторичной обмотки трансформатора

Z_2ном = 15 / 5² = 0,6 Ом;

^Z_2ном ^{= Z}_нагр.

Z₂ ≈ r₂, так как индуктивное сопротивление измерительных цепей невелико, в свою очередь r2 рассчитывается по формуле:

^r₂ ^{= r}_приб ^{+ r}_пр ^{+ r}_конт^,

где r_конт – сопротивление контактов, принимается равным 0,05 Ом;

r_приб – сопротивление приборов, которое рассчитывается по формуле:

^r_приб ^{= S}_приб ^{/ I2}_2ном

где S_приб – мощность, потребляемая приборами (выбирается из таблиц);

r_пр – допустимое сопротивление проводов, рассчитывается по формуле:

^r_пр ^{= Z}_2ном ^{- r}_пр ^{- r}_конт.

К трансформатору тока подключается прибор релейной защиты МРЗС
(Z = 0,06 Ом), амперметр (Z = 0,1 Ом), ваттметр (Z = 0,09 Ом) и счетчики энергии (Z = 0,07 Ом).

Сопротивление всех приборов

Z_приб = 0,06 + 0,1 +0,09 + 0,07 = 0,32 Ом;

Сопротивление контактов Z_конт = 0,05 Ом.

Сопротивление проводов:

r_пр = 0,6 – 0,05 – 0,32 = 0,23 Ом.

Длину проводов примем равной L = 3м, провод медный ρ = 0,0175 Ом∙м.

Сечение проводов:

F = 0,0175 ∙ 2 ∙ 3 / 0,23 = 0,46 мм².

Для соединения ТТ с приборами проложить кабель типа КРВГ – кабель контрольный с медными жилами, с резиновой изоляцией, с оболочкой из ПВХ-пластиката с сечением жил 2,5 мм².

Сопротивление проводов будет равным:

r_пр = 0,0175 ∙ 2 ∙ 3 / 2,5 = 0,042 Ом.

Расчетное сопротивление вторичной обмотки будет равно:

Z₂ = 0,32 + 0,042 + 0,05 = 0,412 Ом.

Исходя из этого, следует:

0,6 Ом ≥ 0,412 Ом.

Все условия выбора для трансформатора тока марки ТПЛ-10-У3, принимаем его к установке.

3.3 Выбор аппарата защиты на стороне 0,4 кВ

Автоматические выключатели 0,4 кВ выбираются по следующим условиям:

U_на ≥ U_ну,

где U_на, U_ну – номинальные напряжения автомата, установки, кВ.

I_на ≥ I_{раб.макс}

I_нр ≥ 1, 1∙ I_{раб.макс},

I_нэ ≥ 1, 25∙ I_{раб.макс},

I_{пред.откл.} ≥ I⁽³⁾_к0,4,

где I_на, I_нр, I_рэ – номинальный ток автомата, теплового расцепителя, электромагнитного расцепителя, А.

I⁽³⁾_к - ток трехфазного КЗ в месте установки автомата, кА.

Рабочий максимальный ток на стороне 0,4 кВ примерно равен
1,4 I_{раб.макс.тр}:

I_{раб.макс} = 1,4 х 41,62 = 58,27 А.

Выбираем автомат серии ВА 57-35: I_на = 80 А, I_нр = 80 A, I_{пр.откл} = 20 кА,
I_нэ = 800 А.

1. 
   Проверка по напряжению:
   

400 В ≥ 400 В – условие выполняется.

2. 
   Проверка по току:
   

80 А ≥ 58,27 А;

80 А ≥ 1,1∙58,27 = 64,09 А;

800 А ≥ 1,25∙58,27 = 72,84 А;

20 кА ≥ 0,547 кА.

Все условия выполняются, окончательно принимаем автомат
ВА 57-35 63 А.

Время срабатывания t = 0,01 с, что не превышает допустимую ПУЭ норму.

4. Расчет МТЗ, ТО, защиты от перегрузки

Токовые защиты подразделяются на токовые отсечки (ТО), и максимально токовые защиты (МТЗ). МТЗ и ТО являются наиболее простыми и распространенными защитами в электрических сетях среднего и высокого напряжения.

Принцип действия токовых защит основан на отключении участка сети, на котором превышена токовая уставка.

Селективность работ МТЗ обеспечивается отстройкой ступеней защит по времени. Для тупиковых линий как правило линии до 10 кВ, МТЗ и ТО выполняют функцию основных защит. В сетях с более сложной конфигурацией токовые защиты считаются лишь второстепенными.

Работа МТЗ характеризуется двумя параметрами – током и временем срабатывания. При определении тока срабатывания защиты иходным критерием является отстройка от тока нагрузки, а также от возможных кратковременных скачков тока нагрузки, вызванных переходными процессами в сети.

4.1 Расчет МТЗ

Ток срабатывания максимальной токовой защиты выбирают по условию отстройки от тока при самозапуске двигателей и после устранения КЗ на предыдущем элементе и рассчитывают по формуле:



где - коэффициент отстройки;

- коэффициент возврата.
По условию отстройки от значения тока при автоматическом подключении нагрузки при АВР ток срабатывания МТЗ рассчитывают по формуле

= 1,1 80 = 88 А.

В качестве уставки срабатывания МТЗ принимаем наибольшее из полученных значений:

А.

Коэффициент чувствительности МТЗ определяем для металлического и дугового двухфазных КЗ в конце зоны резервирования в режиме с наименьшим значением тока в месте установки защиты:

= 1,5– условие выполняется;

1,2– условие выполняется.

Определяем время срабатывания защиты:



где - время срабатывания релейной защиты автоматического выключателя 0,4 кВ, принимаем 0,1 с;

t - полное время отключения выключателя (интервал времени от момента подачи команды на отключение до момента погасания дуги во всех полюсах выключателя), с;

- ступень селективности, принимаем не менее 0,3 с.

_{Авт 0,4} + = 0,1 + 0,5 = 0,6 с.

4.2 Расчет ТО

Уставку срабатывания токовой отсечки выбирают так, чтобы обеспечить отстройку от броска тока намагничивания и максимального тока внешнего КЗ на стороне НН.

Для отстройки от броска тока намагничивания уставку срабатывания токовой отсечки вычисляем по формуле:

0,27 кА;

где = 1,1 – коэффициент, учитывающий увеличение тока относительно номинального тока трансформатора при броске тока намагничивания в зависимости от типа и мощности защищаемого трансформатора.

Для отстройки от максимального тока внешнего КЗ уставку срабатывания токовой отсечки вычисляем по формуле:

= 1,1 0,547 = 0,601 кА;

В качестве уставки срабатывания токовой отсечки принимаем наибольшее из полученных значений = 0,601 кА.

Коэффициент чувствительности токовой отсечки рассчитывается по формуле:

2;

- условие выполняется.

Уставки токовой отсечки

= 0,601 кА; = 0,1с.

4.3 Расчет защиты от перегрузки

Выбор тока срабатывания защиты от перегрузок.

= 1,3 = 1,2 34,68 = 41,62 А;

= 10 с.

Время выбрано из условия прекращения всех возможных пусковых режимов оборудования, по истечении установленного времени, автоматика выдает сигнал о перегрузке трансформатора дежурному персоналу предприятия через канал телемеханики шкафа АСУТП (автоматизированная системы управления технологическим процессом).

5. Проверка трансформаторов тока на 10-% погрешность

Выполним проверку трансформатора тока 10 кВ на 10-% погрешность:

Определим допустимую вторичную нагрузку трансформатора тока
(Z_{н доп}), при которой полная погрешность не превышает 10%.

Определение производится по кривой предельных кратностей трансформатора тока (справочные данные). Так как одинаковые вторичные обмотки соединяются обычно последовательно, то значение Z_{н доп} следует удвоить, т.е.

Z_{н доп} = 0,6∙2 = 1,2 Ом.

Сравниваем полученную по кривой предельных кратностей величину Z_{н доп} с фактической расчётной нагрузкой трансформатора тока Z_{н расч} . При определении Z_{н расч} учитывается, что во вторичную цепь трансформатора тока со стороны ВН трансформатора включено реле МТЗ. Для трехлинейной схемы, в которой ТА соединяются в треугольник, а реле - в звезду,

Z_{н расч}  = Z₂ + Z_мтз = 0,42 + 0,1 = 0,43 Ом.

Полное сопротивление МТЗ принимается Z_мтз = 0,1 Ом.

Если Z_{н расч} ≤ Z_{н доп}, то трансформаторы тока работают с полной погрешностью ε < 10%.

0,43 Ом ≤ 1,2 Ом.

Отсюда следует, что ТА работает с полной погрешностью ε <10%.

6. Составление карты уставок для выбранного терминала и построение карты селективности

Все рассчитанные окончательные уставки заносятся в единую таблицу, представляющую собой карту уставок рассматриваемой системы электроснабжения. Карта уставок представлена в таблице 1.

Также строится окончательная карта селективности для защит. Для этого на карту селективности (рисунок 3) наносятся характеристики срабатывания токовых защит на стороне 10 кВ, а также автоматического выключателя 0,4 кВ, приведенная к напряжению 10 кВ.

Приведем выданные нам уставки автомата 0,4 кВ к расчетному напряжению. Для этого нужно использовать формулу:

I_с.р.10кв = I_{с.р.0,4кв} × U_ном.нн / U_ном.вн = I_{с.р.0,4кв} / 25,

где I_с.р.10кв — уставка защиты, приведенная к стороне 10 кВ (искомая);

I_{с.р.0,4кв} — уставка защиты на стороне 0,4 кВ (исходные данные).
Таблица 1 – Карта уставок

Место установки	Тип защиты	Уставка
Выключатель 0,4 кВ	Токовая отсечка	601 А / 0,1 с
	Максимальная токовая защита	143,59 А / 0,6 с
	Защита от перегрузки	41,62 А / 10 с
Выключатель 0,4 кВ (величины приведены к стороне 10 кВ)		2 А/ 0,1 с
		2 А / 20 с
		20 А / 100 с

Рисунок 3 – Карта селективности защит

Заключение

Релейная защита трансформаторов разнообразна и носит множество аспектов и факторов для своего применения. В данной работе описаны основные способы защиты трансформаторов.

В релейной защите электроустановок защитные функции возложены на реле, которые служат для подачи импульса на автоматическое отключение элементов электроустановки или сигнала о нарушении нормального режима работы оборудования, участка электроустановки, линии и т. д.

Реле представляет собой аппарат, реагирующий на изменение какой-либо физической величины, например тока, напряжения, давления, температуры. Когда отклонение этой величины оказывается выше допустимого, реле срабатывает и его контакты, замыкаясь или размыкаясь, производят необходимые переключения с помощью подали или отключения напряжения в цепях управления электроустановкой.

Список литературы

1. 
   Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учеб.-метод. пособие / Е.А. Задкова. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2009. - 68 с.: ил.
   
2. 
   Засыпкин А.С. Релейная защита трансформаторов. - Москва: Энергоатомиздат, 1989.
   
3. 
   Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Энергоиздат, 1985. - 328 с. .
   
4. 
   Беркович М.А. Основы техники релейной защиты. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 376 с. .
   
5. 
   Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Изд-во МЭИ, 2005.