ГОТОВЫЙ РЗ2. Пояснительная записка Лит. Листов 48 нчи кфугр. 2121105 Содержание Введение 4
 Скачать 0.89 Mb.
|
|
3. Выбор типа и места установки защит В данной курсовой работе требуется выбрать защиты трансформатор Т2 110/10 кВ, кабельной линии L4, трансформатора Т4 10/0,4 кВ, асинхронных двигателей М2 и М4.
4. Расчёт защиты асинхронного двигателя (М1) напряжением 10 кВ Для асинхронных двигателей напряжением выше 1 кВ предусматриваются устройства релейной защиты. Главным и наиболее действенным средством является электрическая защита, выполняемая в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПУЭ). Для асинхронного двигателя М2 номинальной мощностью 750 кВт используется следующие виды защит:
 Рисунок 8. Схема защиты асинхронного двигателя 4.1 Расчёт защиты от междуфазных КЗ в статоре Защита электродвигателей от междуфазных КЗ является основной РЗ,и её установка обязательна во всех случаях. В качестве РЗ электродвигателя от междуфазных КЗ при Pд.ном. 5000 кВт применяется токовая отсечка без выдержки времени. Чтобы исключить возможность ложного действия защиты, она должна быть отстроена по максимальному току, который может проходить через защиту при неповреждённом электродвигателе. За такой ток обычно принимается пусковой ток электродвигателя, который он потребляет при выведенных (закороченных) пусковых устройствах. Первичный ток срабатывания токовой отсечки рассчитывается по выражению:   где  =1,4—коэффициент отстройки, учитывающий ошибку реле и наличие апериодической составляющей в Iпуск электродвигателя, для реле РТ-40.Iпуск—пусковой ток электродвигателя при номинальном напряжении питающей сети; Iном.дв.—номинальный ток двигателя:  Выбираем трансформатор тока ТПЛ – 10 с kТТ=100/5. Ток срабатывания реле токовой отсечки:  ; =19,50 (А)где kсх—коэффициент схемы (kсх=1 при соединении полной или неполной звездой); kТА—коэффициент трансформации трансформатора тока защиты; Iс.з.—первичный ток срабатывания защиты. Вторичное реле тока косвенного действия типа РТ-40 предназначен в качестве измерительного органа в схемах релейной защиты и автоматики. Для выполнения реле использована электромагнитная система с поперечным движением якоря. Выбираем реле РТ-40/50. Релейная защита должна обладать достаточной чувствительностью при возникновении КЗ в пределах зоны её действия. Чувствительность релейной защиты определяется тем минимальным значением параметра (тока, напряжения и др.), на который реагирует данная защита. Чувствительность защиты принято характеризовать коэффициентом kч. Для защит, реагирующих на КЗ,   Защита удовлетворяет требованиям ПУЭ. Время срабатывания токовой отсечки: tс.з.=0,1 с—отстраивается от времени действия разрядников. 4.2 Расчёт защиты от перегрузок Защита от перегрузки должна отключать электродвигатель, на котором она установлена, только в том случае, если без остановки электродвигателя нельзя устранить причину, вызвавшую перегрузку. Использование защиты от перегрузки с действием на отключение целесообразно также в установках без обслуживающего персонала. В качестве защиты от перегрузок используется МТЗ. На электродвигателях, защита которых от перегрузки не должна действовать на отключение, целесообразно использовать реле с двумя парами контактов типа РТ-84, обеспечивающее раздельное действие отсечки и индукционного элемента. Токовое реле можно включить в обратный провод неполной звезды.  Рисунок 9. Схема защиты А.Д. от перегрузок Ток срабатывания защиты от перегрузки:  где kотс= 1,2; kв=0,85—для РТ-84/1. Ток срабатывания реле:  Чувствительность защиты от перегрузки не проверяется, так как она не предназначена для действия при КЗ. Выдержка времени защиты определяется в соответствии со временем пуска защищаемого электродвигателя. При применении реле РТ-84 выдержка времен на них должна быть больше времени пуска и самозапуска электродвигателя: tс.з.п.=tпуск+tзап.=10+0,5=10,5 с. 4.3 Расчёт защиты от минимального напряжения Данная защита устанавливается главным образом не для непосредственной защиты самих электродвигателей, а для облегчения восстановления нормального режима работы электроустановки в послеаварийных условиях, а также для обеспечения безопасности обслуживающего персонала и предотвращения самозапуска с неподготовленными пусковыми устройствами. Когда самозапуск двигателей недопустим при восстановлении напряжения после кратковременного его исчезновения (по условиям технологического производства, безопасноти обслуживающего персонала, ограничения токов самозапуска), на таких двигателях устанавливают защиту минимального напряжения, действующую на их отключение. Напряжение срабатывания первой ступени защиты выбирается по условию обеспечения самозапускаответственных электродвигателей и возврата реле при восстановлении напряжения полсе отключения КЗ и принимается равным Uср=70 В. Выдержка времени защиты tс.з. выбираем в зависимости от допустимого времени, обусловленного требованиями техники безопасности и технологическими особенностями механизмаов, и составляет 20 с и более.
На одиночных линиях с односторонним питанием устанавливается защита от многофазных КЗ. Она, как правило, выполняется в виде двухступенчатой токовой защиты: первая ступень выполнена в виде токовой отсечки, вторая—в виде максимальной токовой защиты (МТЗ) с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени. На линии группового питания силовых трансформаторов зона действия первой ступени защиты, по возможности, охватывает всю линию до выводов высшего напряжения питаемых трансформаторов. При необходимости обеспечения термической стойкости линии или устойчивости нагрузки допускаются, действие первой ступени защиты без выдержки времени и неселективная её работа по отношению к предохранителям, установленным для защиты трансформаторов, а также поочерёдное АПВ. Рекомендуется, чтобы вторая ступень защиты обеспечивала отключение КЗ на выводах низшего напряжения трансформаторов, присоединённых к линии.  Рис.10 Схема токовой отсечки 5.1 Расчёт токовой отсечки Токовая отсечка выполнена на реле типа РТ-40 и служащая для мгновенного отключения цепи при возникновении КЗ. Время срабатывания токовой отсечки отстраивается от времени работы разрядников: tКЗ=0,5 с.   где kотс—коэффициент отстройки, равный 1,2. IКЗ ВН max—максимальный ток КЗ в начале защищаемой зоны защиты смежного участка сети: IКЗ ВН max=IКЗ max Для определения зоны LI, защищаемой первой ступенью (ТО), построим график зависимости токов в реле при трёхфазных КЗ от расстояния.  Рисунок 11. Зона действия токовой отсечки Из рисунка видно, что токовая отсечка защищает 54 % линии. 5.2 Расчёт МТЗ кабельной линии Определяем ток срабатывания защиты:  ,где Iраб.max—максимальный рабочий ток, принимаем равным предельно допустимому току кабеля, А: Iдоп.=80 А. Сопротивление схемы в именованных единицах:       Ток самозапуска:   Коэффициент самозапуска:   Ток срабатывания защиты:   По максимальному рабочему току, напряжению сети и классу точности выбираем трансформатор тока типа ТПЛ – 10 с kТА=100/5. Определяем ток срабатывания реле:   Выбираем реле типа РТ-40/50. Время срабатывания МТЗ:   Коэффициент чувствительности:   где Ip.min—ток в реле при двухфазном КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы, А:   5.3 Выбор и расчётная проверка трансформатора тока Точность работы трансформаторов тока, предназначенных для релейной защиты, характеризуется погрешностью . Она связана с предельной кратностью k10, представляющей собой наибольшее отношение расчётного первичного тока I1 рас к первичному номинальному току I1 ном трансформатора, при котором полная погрешность при заданной вторичной нагрузке не превышает = 10 %. Таким образом, выбор трансформатора тока для релейной защиты сводится к определению расчётного первичного тока I1 рас и максимальной допустимой вторичной нагрузки Zн.доп, при которых полная погрешность не превышает 10 %. Таким образом, расчётная проверка трансформатора тока проводится по двум критериям:
Проверка на 10 % погрешность. Расчёт трансформатора тока ТПЛ – 10, класс точности для релейной защиты «Р» с коэффициентом трансформации kТА=150/5. Допустимое значение кратности, при котором обеспечивается нормируемое значение погрешности:  где I1рас.=1,1Iсогл.=1,1460=506 (А)—первичный расчётный ток, при котором должна обеспечиваться работа трансформатора тока с погрешностью не более 10 %; Iсогл.—ток КЗ, при котором производится согласование по времени последующей и предыдущей защит.  По кривым предельных кратностей трансформатора тока типа ТПЛ – 10 определяем Zн.доп.=0,9 Ом. Определяем сопротивление, включённое во вторичную цепь обмотки ТА:  где Zр—сопротивление реле, Ом.   Rпер=0,1 Ом—переходное сопротивление контактов.    Проверяем условие Zн.расч.Zн.доп.0,176 0,9 Условие выполняется, т.е. обеспечивается работа ТА с погрешностью менее 10 %. Определяем максимальное напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока при близких КЗ:  где kmax—максимальная кратность тока при КЗ в начале защищаемого участка;    Выбранные трансформаторы тока удовлетворяют всем условиям.
Основные виды повреждений в трансформаторах:
Однофазные замыкания бывают двух видов: на землю и между витками одной фазы. Замыкания одной фазы на землю опасно для обмоток, присоединённых к сетям с глухозаземлёнными нейтралями. При витковых замыканиях в замкнувших витках возникает значительный ток, разрушающий изоляцию и магнитопровод трансформатора. К внутренним повреждениям относится, в частности «пожар стали» магнитопровода, который возникает при нарушении изоляции между листами магнитопровода ,что ведёт к увеличению потерь на перемагничивание и вихревые токи. Анормальными режимами работы трансформатора являются:
В качестве защиты от междуфазных КЗ в обмотках и на их выводах для цеховых трансформаторов (номинальная мощность—до 2 500 кВА включительно) применяется токовая отсечка. Токовая отсечка является простой быстродействующей защитой, однако имеет следующие недостатки:
Токовая отсечка в сочетании с МТЗ и газовой защитой обеспечивает хорошую защиту трансформаторов малой и средней мощности. Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформаторов при КЗ на сборных шинах либо на отходящих от них присоединениях, если защиты или выключатели указанных элементов отказали в работе. Одновременно защита от внешних КЗ используется и для защиты трансформатора от повреждений. Так как по условиям селективности защита от внешних КЗ должна иметь выдержку времени, она не может быть быстродействующей. Поэтому она используется как основная только на маломощных трансформаторах. На трансформаторах .имеющих специальную защиту от внутренних повреждений, защита от внешних КЗ применяется как резервная. Для защиты трансформаторов от внешних КЗ используется различные защиты: простая МТЗ, токовая обратной последовательности, токовая нулевой последовательности ,токовая с пуском по напряжению. Каждая из этих защит имеет свою область применения.  Рисунок 12 – Схема токовой защиты трансформатора Y/Y0 6.1 Расчёт токовой отсечки Междуфазные КЗ на трансформаторах могут происходить на выводах обмотки НН трансформатора, на сборных шинах НН и на от ходящих элементах питаемой сети НН. Наибольшее значение тока соответствует трехфазному КЗ, причем во всех трех фазах токи равны между собой, как на стороне НН, так и на стороне ВН Для защиты от междуфазных КЗ на выводах трансформатора и на части обмоток высшего напряжения выбираем схему двухфазной трёхлинейной неполной звезды с двумя реле типа РТ-40. Ток срабатывания токовой отсечки:   где kотс=1,2—коэффициент отстройки на реле типа РТ-40. Ток срабатывания реле РТ-40:  Выбираем реле типа РТ-40/200. Проверяем чувствительность токовой отсечки:   где Iр.min—ток в реле при двухфазном КЗ в конце защищаемого участка в минимальном режиме работы системы, А:   Время срабатывания токовой отсечки  .6.2 Расчёт максимальной токовой защиты Макси мальная токовая защита срабатывает при увеличении тока защищаемого элемента сверх установленного тока срабатывания (уставки). Причиной увеличе ния тока трансформатора может быть и поврежде ние самого трансформатора, и КЗ на шинах или на отходящих элементах НН, а также самозапуск пи таемых электродвигателей после кратковременного перерыва питания или подключения к работающему трансформатору дополнительной нагрузки при сраба тывании устройства АВР. Для предотвращения излиш них срабатываний при токах перегрузки, вызванных самозапуском электродвигателей или подключением дополнительной нагрузки, максимальная токовая защита должна иметь ток срабатывания (уставку), больший, чем максимально возможный ток пере грузки. А для предотвращения излишних (неселектив ных) срабатываний при КЗ на отходящих элементах НН максимальная токовая защита трансформатора должна иметь орган выдержки времени, замедляю щий ее действие на время, необходимое для сраба тывания защиты поврежденного отходящего эле мента. Ток срабатывания МТЗ выбирается как наибольший из токов, определяемый по двум условиям:
 где  .
 Выбираем реле РТ-40/50. Проверяем чувствительность максимальной токовой защиты при двухфазном КЗ за трансформатором:    где  —ток, протекающий в месте установки защиты, при двухфазном КЗ за трансформатором в минимальном режиме работы системы.Время срабатывания МТЗ tМТЗ=1,1 с:  6.3 Расчёт токовой защиты нулевой последовательности от однофазных коротких замыканий Спе циальная токовая защита нулевой последовательно сти от однофазных КЗ на землю устанавливается на понижающих трансформаторах с соединением обмот ки НН в звезду с выведенной нейтралью, которая глухозаземлена (в отличие от нейтралей, которые могут заземляться через индуктивное или активное сопротивление). Измерительным органом защиты ну левой последовательности является одно максималь ное реле тока Т0, включенное через трансформатор тока и в заземленную нейтраль. В нор мальном режиме работы трансформатора со строго симметричной нагрузкой всех трех фаз и при отсут ствии в сети НН токов высших гармоник ток в ней трали трансформатора теоретически равен нулю. Практически ток в нейтрали, называемый током не баланса, не равен нулю и иногда может достигать больших значений, что ведет к перегреву трансфор матора и уменьшает срок его службы. Поэтому ГОСТ 11677—85 (а также предыдущие его издания) ограничивает допустимое значение тока небаланса в нулевом проводе: не более 0,25 номинального (фаз ного) для трансформаторов со схемой соединения об моток Y/Y и не более 0,75 — для трансформаторов ∆/У-. От этого допустимого тока небаланса защита нулевой последовательности, как правило, должна быть отстроена. Для трансформатора Y/Y0ток срабатывания защиты выбираем из условия отстройки от максимального тока небаланса в нулевом проводе:   где Iном.тр(0,4)—номинальный ток трансформатора на стороне 0,4 кВ.  Трансформатор тока выбираем по току, протекающему в нулевом проводе:  Следовательно, kТА=600/5. Ток срабатывания реле:  Выбираем реле типа РТ-40/20 . Время срабатывания защиты нулевой последовательности можно не согласовывать с защитами отходящих элементов сети 0,4 кВ и выбирать tс.з. 0,5 с.
Определим первичные и вторичные токи в плечах дифференциальной защиты трансформатора:    где Iном – номинальный первичный ток; S- номинальная мощность трансформатора; Uном- номинальное междуфазное напряжение рассчитаваемойстороны трансформатора. Выбираем трансформатор тока по величине номинального тока защищаемого трансформатора: - ТА на стороне ВН:   Выбираем kТА = 150/5. - ТА на стороне НН:  Выбираем kТА = 1000/5. Вторичные токи в плечах защиты:     Определим ток срабатывания защиты на реле ДЗТ – 11:  где kотс = 1,5 – коэффициент отстройки для защиты на реле ДЗТ; kсх – коэффициент схемы для трансформатора тока на основной стороне. Определим ток срабатывания основной стороны:    За основную сторону принимаем сторону 110 кВ. Число витков обмотки трансформатора (НТТ), подключаемой к трансформаторам тока основной частоты, определяется по выражению:    Где Fср – магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле, для дифференциальных реле равна 100 ± 5 А. Уточним ток срабатывания реле:  Для неосновной обмотки число витков определяется по условию обеспечения выравнивания магнитодвижущих сил обмоток основной и неосновной сторон в номинальном режиме работы защищаемого трансформатора:  Из этого соотношения следует, что число витков обмотки НТТ, включаемой на неосновной стороне, должно быть:   Выбираем Wнеосн= 12 виток, из них Для обеспечения несрабатывания реле при внешних КЗ на тормозной обмотке реле должно быть включено число витков Wm, определяемое по выражению:  где Iнб – ток небаланса, А; Wp – расчетное число витков рабочей обмотки реле на стороне,где включено тормозная обмотка; tanα = 0,75 – для реле ДЗТ-11. Ток небаланса, приведенный к стороне НН, имеет три составляющие:  Составляющая тока небаланса I΄нб определяется наличием погрешности ТА:   где ε – относительное значение тока намагничивания, при выборе трансформаторов тока по кривым предельных кратностей принимаем равным 0,1; kодн – коэффициент однотипности, принимаем равным 1,0; kапер- коэффициент, учитывающий переходный режим, для реле с НТТ может быть принят равным 1,0 Составляющая тока небаланса I΄΄нб от изменения коэффициента трансформации защищаемого трансформатора с РПН:   где  - относительная погрешность, обусловленная регулированием напряжения на сторонах защищаемого трансформатора.Составляющая тока небаланса  обусловленная неточностью выравнивания МДС сторон промежуточного ТА реле ДЗТ - 11:  Тогда:   Количество витков тормозной обмотки:  Определим коэффициент чувствительности:     7.2 Расчёт МТЗ Защита от внешних КЗ служит для отключения трансформатора при КЗ на сборных шинах или на отходящих присоединениях, если релейная защита или выключатели этих элементов отказали в работе. Одновременно МТЗ используется и для защиты от повреждений в трансформаторе, как резервная при отказе основных защит.  Рисунок 13. – Расчетная схема МТЗ Ток срабатывания МТЗ:  где kв = 0,85 - для реле РТ-40; kотс= 1,2. Определим коэффициент самозапуска двигателей нагрузки H1. Составим схему замещения (рисунок 14).  Рисунок 14. – Схема замещения Определим сопротивление нагрузки секций на которые подается напряжение при срабатывании АВР. Сопротивление системы Хс = 4 Ом. Сопротивление линии:   Сопротивление трансформатора Т1:   Сопротивление двигателя при пуске:    Сопротивление нагрузки:   Сопротивление Хэ1 приведем к стороне 110 кВ.   Эквивалентное сопротивление:   Ток самозапуска:   Коэффициент самозапуска:   Предельный ток:   Ток срабатывания защиты:  Ток срабатывания реле:   Окончательно выбираем реле РТ-40/50. Проверим коэффициент чувствительности при двухфазном КЗ за трансформатором:    Выдержка времени выбирается из условия селективности на ступень выше наибольшей выдержки времени tсз релейных защит присоединений, питающихся от трансформатора. 
Ток срабатывания релейной защиты от перегрузок выбирается из условия возврата токового реле при минимальном токе трансформатора:    Где kотс= 1,05. Выбираем реле РТ-40/20. Время срабатывания защиты от перегрузок выбирается на ступень больше времени защиты трансформатора от внешних КЗ:  7.4 Газовая защита трансформатора В соответствии с ПУЭ на трансформаторах большой мощности устанавливается газовая защита. В данном трансформаторе такая защита необходима. Обмотки большинства трансформаторов помещены в бак с маслом, которое выполняет роль изолятора и охладителя обмоток. При межвитковых КЗ и других повреждениях обмотки трансформатора, масло нагревается и разлагается, на использовании этого явления и основана газовая защита. Выполнена защита на газовом реле, которое устанавливается в трубе, соединяющей бак трансформатора с расширительным баком. Состоит из кожуха и двух, расположенных внутри него поплавков с ртутными контактами, замыкающимися при изменении положения поплавков. Один поплавок расположен выше, другой - ниже. При слабом газообразовании, и (или) при незначительном снижении уровня масла контакты верхнего поплавка замыкаются, и сигнал проходит в диспетчерское управление. При бурном газообразовании и (или) значительном снижении уровня масла контакты нижнего слоя замыкаются, и трансформатор автоматически отключается. Достоинства: высокая чувствительность и реагирование практически на все виды повреждений внутри бака, сравнительно небольшое время срабатывания, простота выполнения, способность защищать трансформатор при недопустимом снижении уровня масла по любым причинам. Недостатки: - не реагирует на повреждения вне бака; - защита может сработать ложно при попадании в бак воздуха (при доливке масла, после ремонта систем охлаждения и т.д.), следовательно, газовую защиту нельзя использовать в качестве единственной защиты трансформатора от внутренних повреждений.
Релейная защита электродвигателей, так же как и защита генераторов и трансформаторов, должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. Защита электродвигателей должна обеспечивать возможность их самозапуска, т.е. она не должна преждевременно отключать электродвигатели как при понижении напряжения, так и при его восстановлении. Защита электродвигателей напряжение 500 В и ниже осуществляется, исходя из тех же требований, что и электродвигателей более высоких напряжений. Для этих электродвигателей применяются: а) мгновенная защита от междуфазных к.з.; б) защита от перегрузок; в) защита минимального напряжения. Однако часто при небольшой мощности электродвигателей ниже 1000 В и во многих случаях малоответственных двигателей защиты имеют свои особенности, а именно для них в значительно большей мере применяется защита предохранителями; в ряде других случаев допускаются схемы соединения, при которых отключение к.з. в одном электродвигателе осуществляется выключателем, установленным на ответвлении, питающем несколько электродвигателей; для защиты минимального напряжения широкое распространение имеют магнитные пускатели. Определяем длительный ток в линии:   Определяются данные и выбирается автоматика защиты – тепловое реле (АЗ-ТР).  Номинальный ток магнитного пускателя  должен быть не меньше номинального тока электродвигателя. Этому соответствует магнитный пускатель ПМ12-125 с  В него встраивают тепловое реле РТЛ. Необходимо, чтобы ток несрабатывания реле  был не менее номинального тока электродвигателя. Этому соответствует реле РТТ-3, которое позволяет регулировать ток в пределах 106…143 А.Определяются данные и выбирается автоматика защиты типа предохранителя с наполнением ПН-2:   Для легкого пуска  Выбираем предохранитель ПН – 2 с номинальным током патрона 250 А и плавкую вставку с  |