Министерство образования и науки Российской Федерации

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

Факультет (институт) Энергетический

Кафедра Электрификация Производства и Быта

наименование кафедры

Курсовой проект защищен с оценкой

Руководитель

проекта (работы) А.Х. Мусин

(подпись) (и.о.фамилия)

“ ” 2011 г.

дата

Р асчет релейной защиты электроустановок

тема проекта (работы)

Расчетное задание

п о дисциплине Релейная защита и автоматика

наименование дисциплины

К П 100400.44.000 ПЗ

обозначение документа

С тудент группы Э-73 Е.А. Бендер

и.о., фамилия

Руководитель

проекта (работы) профессор А.Х. Мусин

ученая степень, должность и.о., фамилия

БАРНАУЛ 2011

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
44	220	1,8	1000	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) = 230(1 – 0,16) = 193,2 кВ;

U_maxВН = U_ср(1 + ∆U_РПН) = 230(1 + 0,16) = 266,8 кВ.

Так как U_maxВН оказалось больше максимально допустимого для данной сети (больше чем 252 кВ для 220 кВ), то значение U_maxВН принимается равным 252 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 = 21548,8 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 120,42/1,3 =92,63 мм². Выбираем кабель ближайшего стандартного боль-шего сечения 120 мм² марки АСБ.

Индуктивное и активное сопротивление выбранного кабеля при длине

L = 1,8 км:

Х_каб = Х_уд·L = 0,076·1,8 = 0,137 Ом;

R_каб = R_уд·L = 0,258·1,8 = 0,464 Ом,

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

Сопротивление до точки :

Х_к = 0,169 + 0,137 = 0,306 Ом;

R_к = 0,464 Ом;

Ток в точке в максимальном режиме:

Минимальный режим

Х_к = 0,33 + 0,137 = 0,467 Ом;

R_к = 0,464 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 = 400 кВт; коэффициент пуска k_п = 5,1 ; ток трехфазного короткого замыкания в точке К₂ в максимальном режиме

I_кз = 6549,7А; 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) =

= 1000/∙6∙0,8) = 120,42 А, по которому по справочнику выбирается трансформатор тока ТПЛ-10 (150/5) с коэффициентом трансформации: n_т = 300/5 (U_н = 10 кВ; I_н = 300 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∙5,1∙120,42 = 1105,45 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:

_{Чтобы уменьшить ток срабатывания, необходимо изменить коэффициент трансформации, что повлечёт повторное проведение всех расчетов. Руководителем курсового проекта разрешено этого не делать.}