Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Факультет (институт) Энергетический

Кафедра Электроснабжение промышленных предприятий

наименование кафедры

Курсовой проект защищен с оценкой

Руководитель

проекта (работы) А.Х. Мусин

(подпись) (и.о.фамилия)

“ ” 2010 г.

дата

Р асчет релейной защиты электроустановок

тема проекта (работы)

Расчетное задание

п о дисциплине Релейная защита и автоматика

наименование дисциплины

К П 140211.22.000 ПЗ

обозначение документа

С тудент группы Э-64 Е.В.Лаврова

и.о., фамилия

Руководитель

проекта (работы) профессор А.Х. Мусин

ученая степень, должность и.о., фамилия

БАРНАУЛ 2010

Содержание

1. Исходные данные для выполнения расчётного задания

Для заданного варианта необходимо выбрать и рассчитать следующие устройства релейной защиты и автоматики:

а) защиту двигателя, питающегося от шин ГПП по кабельной линии L;

б) защиту кабельной линии L;

в) защиту силовых трансформаторов Т₁ и Т₂ на ГПП;

- выбрать схему АВР для секционного выключателя СВ на шинах 6 кВ;

- для всех устройств релейной защиты выбрать и проверить нагрузочную способность трансформаторов тока;

- выбрать источники оперативного тока.

При расчётах принять:

- cosφ = 0,8;

- удельное сопротивление кабельной линии Х_уд = 0,08 Ом/км,

r_уд = 0,26 Ом/км;

- суммарную длину кабельных линий, питающихся с шин ГПП равной 18 км;

- емкостной ток замыкания на землю в сети 6 кВ приближенно определить по формуле:

где U – линейное напряжение, кВ;

L – суммарная длина кабельных линий в сети 6 кВ, км;

- сопротивление системы принять для максимального режима

Х_с = 15 Ом, для минимального режима Х_с = 36 Ом;

- мощности трансформаторов Т₁ и Т₂ одинаковы S_т1 = S_т2.

Выполнение задания начинается с расчетов токов короткого замыкания в различных точках подстанции. Затем проектируются устройства релейной защиты.

Исходные данные для выполнения задания занесены в таблицу 1, где обозначено U₁ – высшее напряжение на ГПП, принципиальная схема которой приведена на рисунке 1, S_т – мощность трансформатора на ГПП, Р_н – мощность нагрузки (электродвигателя), L – длина кабельной линии, питающей электродвигатель.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант	U1 , кВ	L , км	Рн , кВт	Sт , МВА
35	35	1,2	630	40

2. Расчёт токов короткого замыкания

Для проектирования релейной защиты необходимо располагать сведениями о токах короткого замыкания. Для участка сети, изображенного на рисунке 1, необходимо рассчитать токи короткого замыкания в точках К₁ и К₂ .

Рисунок 1 – Схема участка сети

Исходные данные: силовой трансформатор S_т = 40000 кВА, напряжение (36,75 16%)/6,3 кВ; U_к.ср=10,5%, U_к.min=9,5%, U_к.max=11%,

Определяем сопротивление трансформатора на крайних положениях регулятора РПН:

U_minВН = U_ср(1 - ∆U_РПН) = 36,75(1 – 0,16) = 30,87 кВ;

U_maxВН = U_ср(1 + ∆U_РПН) = 36,75(1 + 0,16) = 42,63 кВ.

Так как U_maxВН оказалось больше максимально допустимого для данной сети (больше чем 40,5 кВ для 35 кВ), то значение U_maxВН принимается равным 40,5 кВ (таблица 2).

Таблица 2 – Максимально допустимое напряжение по ГОСТ

Uном, кВ	UmaxВН , кВ
10	11,5
35	40,5
110	126
220	252

Расчёт токов в точке К₁:

Ток в точке К₁ в максимальном режиме, приведенный к высшему напряжению:

Ток в точке К₁ в максимальном режиме на низшем напряжении:

где n_т – коэффициент трансформации силового трансформатора на минимальной отпайке РПН.

Ток в точке К₁ в минимальном режиме, приведенный к высшему напряжению:

Ток в точке К₁ в минимальном режиме на низшем напряжении:

Расчёт токов в точке К₂:

Максимальный режим.

По рассчитанному выше току на шинах низшего напряжения I⁽³⁾_к.maxНН = 5745,4 А определяется эквивалентное сопротивление системы и силового трансформатора:

Далее определяется сопротивление кабеля, питающего силовую нагрузку. Выбор сечения кабеля определяется по экономической плотности тока. Рабочий ток кабеля определяется по формуле:

Принимая плотность тока 1,3 А/мм², получим требуемое сечение кабеля не менее 75,9/1,3 =58,4 мм². Выбираем кабель ближайшего стандартного боль-шего сечения 70 мм² марки АСБ.

Индуктивное и активное сопротивление выбранного кабеля при длине

L = 1,2 км:

Х_каб = Х_уд·L = 0,076·1,2 = 0,091 Ом;

R_каб = R_уд·L = 0,258·1,2 = 0,31 Ом,

где Х_у, R_уд - индуктивное и активное сопротивления 1 км кабеля.

Сопротивление до точки :

Х_к = 0,69 + 0,091 = 0,786 Ом;

R_к = 0,31 Ом;

Ток в точке в максимальном режиме:

Минимальный режим

Х_к = 1,07 + 0,091 = 1,16 Ом;

R_к = 0,31 Ом;

Ток в точке в минимальном режиме:

Расчет токов двухфазного замыкания ведется по формуле:

Ток однофазного к. з. определяется по формуле:

3. Защита электродвигателей

Защита электродвигателей должна реагировать на внутренние повреждения и опасные ненормальные режимы. В соответствии с требованиями ПУЭ на высоковольтных асинхронных электродвигателях устанавливают релейные защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

- многофазных замыканий в электродвигателе и на его выводах;

- однофазных замыканий на землю;

- токов перегрузки;

- снижения напряжения.

Выбираются типы защит и определяются их уставки по следующим данным: U_ном = 6 кВ; P_д.ном = 630 кВт; коэффициент пуска k_п = 5,7 ; ток трехфазного короткого замыкания в точке К₂ в максимальном режиме

I_кз = 4514,8 А; ток замыкания на землю I_з < 10 А. Указанный двигатель подвержен перегрузке и является неответственным, возможен самозапуск двигателя.

Выбор трансформатора тока (ТТ).

Трансформаторы тока для релейной защиты выбираются по нормальному режиму исходя из тока нагрузки защищаемого элемента и его рабочего напряжения. Необходимо выполнение условий:

U_уст ≤ U_н ;

I_раб.max ≤ I_н ,где

U_н ; I_н – номинальные значения напряжения и тока ТТ;

U_уст – напряжение электроустановки в месте включения ТТ;

I_раб.max – рабочий максимальный ток защищаемого элемента.

Номинальный ток ТТ должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как нагрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей.

В данном случае принимается: I_раб.max = I_д.ном = P_д.ном /(∙U_ср.ном∙cosφ) =

= 630/∙6,6∙0,8) = 68,9 А, по которому по справочнику выбирается трансформатор тока ТПЛ-10 (200/5) с коэффициентом трансформации: n_т = 200/5 (U_н = 10 кВ; I_н = 200 А). Трансформаторы тока установлены в фазах А и С. По ПУЭ на неответственных двигателях подверженных перегрузке мощностью менее 2000 кВт применяют однорелейную двухфазную токовую защиту без выдержки времени (отсечку), отстроенную по току от токов самозапуска, и защиту от перегрузки, отстроенную от токов от самозапуска по времени, рисунок 2.

Рисунок 2 – Однорелейная двухфазная схема защиты электродвигателя от короткого замыкания и перегрузки

Первичный ток срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя по выражению:

I_сз.отс = k_н∙k_п∙I_д.ном ,

где k_н = 1,8 – для реле серии РТ-84.

I_сз.отс = 1,8∙5,7∙68,9 = 706,9 А.

Ток срабатывания реле:

где коэффициент схемы k_сх = при включении реле на разность токов двух фаз ТТ (рисунок 2).

Коэффициент чувствительности защиты для однорелейной схемы определяется при двухфазном к.з. на выводах (точка К₂) электродвигателя в минимальном режиме между фазами А и В или В и С, при которых ток в реле в 2 раза меньше, чем при к.з. между фазами А и С, по выражению:

По ПУЭ требуется обеспечить не менее 2.

Ток срабатывания реле от перегрузки равен:

Принимаем реле типа ТР-84/2 с ближайшей стандартной уставкой индукционного элемента = 4,5 А и выдержкой времени в независимой части характеристики 16 с.