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

Кратность тока срабатывания отсечки к уставке индуцированного элемента:

Данная кратность необходима для настройки реле РТ-84. Коэффициент чувствительности защиты от перегрузки не определяется, так она не предназначена для действия при коротких замыканиях.

Далее рассчитывается защита электродвигателя от понижения напряжения. Схема защиты приведена на рисунке 3. Напряжение срабатывания защиты принимается в соответствии с ПУЭ равным 0,7∙U_н . Учитывая, что вторичное напряжение измерительных трансформаторов напряжения составляет 100 В, напряжение срабатывания защиты составит 70 В. В качестве реле напряжения принимаем реле типа РН-154. Время срабатывания защиты в соответствии с требованиями ПУЭ должно быть на 0,5 с больше выдержки времени основных токовых защит электродвигателя.

Рисунок 3 – Схема защиты электродвигателя от понижения напряжения

4. Защита кабельных линий напряжением 6 – 10 кВ

На кабельных линиях напряжением 6 – 10 кВ устанавливают защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

- многофазных замыканий;

- однофазных замыканий на землю;

- токов перегрузки.

Необходимо рассчитать уставки МТЗ радиальных кабельных линий 6 – 10 кВ (рисунок 1). Примем исполнение защиты по схеме неполной звезды на постоянном оперативном токе с реле типа РТ – 40 (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема защиты кабельной линии

Выбор уставок МТЗ заключается в определении первичных и вторичных токов срабатывания, времени срабатывания, типов реле, коэффициентов чувствительности. Кроме того, защиты двух последовательно соединенных элементов должны быть согласованы по чувствительности и по времени.

1. Выбирается ток срабатывания МТЗ по условию:

где k_н =1,2 – коэффициент надежности для реле РТ – 40;

k_зп – коэффициент запуска электродвигателя, равный 5,1;

k_в = 0,8 – коэффициент возврата реле РТ – 40;

I_раб.max = I_д.ном = 120,42 А.

Определяется ток срабатывания защиты:

По справочнику выбираем ближайшую уставку 20 А на реле РТ – 40.

Определяется коэффициент чувствительности защиты при двухфазном к.з. к точке К₂ в минимальном режиме, когда ток к.з. равен 5534,37 А:

Требование чувствительности выполняется.

Выдержку времени МТЗ отстраиваем от быстродействующей защиты (отсечки) электродвигателя на величину ступени селективности 0,5 секунд.

Следовательно, выдержка времени КЛ принимается равной 0,5 секунд.

Защита от однофазных замыканий на землю

Определяем ток замыкания на землю:

Для защиты используются трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛ с коэффициентом трансформации n_т = 20/5 и реле типа ТР – 40 со значением коэффициента надежности k_н =1,2.

Ток срабатывания защиты:

I_сз = k_зап∙ I⁽¹⁾ = 2,5∙10,8 = 27 А, где

k_зап = 2,5 – коэффициент запаса, учитывающий бросок тока в момент замыкания на землю.

Ток срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности при замыкании на землю не нормируется и не определяется. Схема защиты представлена на рисунке 4.

Защита от перегрузки

Для данной линии защита от перегрузки не проектируется, так как такая защита предусмотрена для электродвигателя, подключенного в конце данной линии.

5. Защита силовых трансформаторов

5.1 Дифференциальная защита

Выбираются трансформаторы тока (ТТ) для дифференциальной защиты (ДЗ) трансформатора мощностью 40000 кВА, с соединением обмоток звезда – треугольник. По номинальным токам на стороне высшего и низшего напряжения выбираются соответственно трансформаторы тока с коэффициентами трансформации:

- на стороне высшего напряжения k_ТТВ = 100/5 , так как первичный номинальный ток равен

- на стороне низшего напряжения k_ТТН = 6000/5 , так как вторичный номинальный ток равен

Определяется первичный ток небаланса:

где k_а – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ, для реле ДЗТ он равен 1;

k_о – коэффициент однотипности схемы, равный 1;

???? = 0,1 – относительное значение тока намагничивания трансформатора тока.

Выбирается ток срабатывания защиты. Этот ток отстраивается для реле ДЗТ только от тока намагничивания силового трансформатора:

I_сзВН = k_н∙ I_1н = 1,36∙91,75 = 124,78 А

Определяется число витков обмоток реле ДЗТ для выравнивания магнитодвижущих сил. Ток срабатывания реле:

Определяется число витков уравнительной обмотки, включенной на ВН:

где F_ср – магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле.

Принимаем ближайшее целое меньшее число витков: 9 витков.

Ток срабатывания защиты на стороне НН:

I_срНН = I_сзВН ∙ n = 124,78 ∙ (193,2 / 11) = 2191,59 А.

Определяется величина вторичного тока в плечах ДЗ:

• на стороне высшего напряжения

• на стороне низшего напряжения

Определяется число витков уравнительной обмотки, включенной на НН:

Принимается ближайшее целое число витков:

W_НН = 24 витка.

Определяется ток небаланса, обусловленный неточностью установки на коммутаторе реле ДЗТ расчетных чисел витков уравнительных обмоток:

Суммарный ток небаланса:

I_нб = 318,99 + 34,76= 353,75 А.

Проверяем условие равенства нулю результирующей магнитодвижущей силы реле в режимах нагрузки и внешних КЗ:

I_2н∙ W_НН ≈ I_2в∙ W_ВН ,

3,06∙24 ≈ 7,93∙9,

73,44 ≈ 71,37.

Условие практически выполняется, поэтому окончательно принимаем:

W_ур1 = W_НН = 24 витка, W_ур2 = W_ВН = 9 витков.

Определяется число витков тормозной обмотки:

Окончательно принимается:

W_т =18 витков.

Определяется коэффициент чувствительности защиты при КЗ в зоне действия защиты, когда ток повреждения проходит только через трансформаторы тока стороны 220 кВ и торможение отсутствует. При этом расчетный ток в реле:

Ток срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности:

Схема эксплуатации защиты приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Принципиальная схема дифференциальной защиты

5.2 Газовая защита

Для защиты от внутренних повреждений трансформаторов, сопровождающихся выделением газа и понижением уровня масла предусматривается (при мощности трансформатора 6300 кВА и выше) газовая защита с действием на сигнал при слабых газообразованиях и с действием на отключение при интенсивном газообразовании. Защита выполняется с помощью газовых реле.

Газовая защита является наиболее чувствительной к некоторым видам внутренних повреждений трансформатора, чем другие виды защит. Так, например, к витковым замыканиям, на которые дифференциальная защита реагирует только при замыкании большого числа витков, а токовая отсечка и максимальная токовая защита вообще не реагируют. Кроме того, газовая защита реагирует на некоторые виды повреждений и ненормальных режимов работы, как, например, понижение уровня масла, на которые другие виды защит вообще не реагируют. Для защиты маслонаполненных трансформаторов от «пожара стали» магнитопровода, возникающего при нарушении изоляции между листами стали сердечника, используется газовая защита; токовая и дифференциальная защиты на этот вид повреждения не реагируют. Газовая защита должна устанавливаться обязательно на трансформаторах мощностью 10000 кВА и выше, а также на трансформаторах мощностью 1000-6300 кВА, не имеющих дифференциальной защиты или максимальной токовой защиты с выдержкой времени менее 0,5 с.

Для трансформаторов почти всех мощностей, установленных внутри цеха, газовая защита должна устанавливаться обязательно независимо от наличия других защит.

Для защиты от внутренних повреждений трансформаторов, сопровождающихся выделением газа и понижением уровня масла, предусматривается газовая защита с действием на сигнал при слабых газообразованиях и с действием на отключение при интенсивном газообразовании. Защита выполняется с помощью газовых реле.

Газовая защита собирается на реле типа РГЧ-66. Верхний контакт работает на сигнал, а нижний – на отключение трансформатора без выдержки времени на все выключатели. В схеме должно предусматриваться переключающее устройство, позволяющее выводить нижний контакт на сигнал.

Схема газовой защиты с реле РГЧ-66 представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 – Схема газовой защиты с реле РГЧ-66

Газовые реле имеют герметически закрытый корпус, устанавливаемый в маслопроводе между баком трансформатора и расширителем. На рисунке 7 показан упрощенный эскиз варианта конструкции такого реле. Реагирующий блок реле имеет три основных элемента: сигнальный 1 и отключающие 2, 3 (элементы 1 и 3 - поплавки, 2 - напорная пластина), каждый из которых срабатывает при определенных условиях.

В нормальных условиях работы корпус реле заполнен маслом, и элементы занимают положение, при котором управляемые ими контакты (на рисунке не показаны) разомкнуты. При незначительном газообразовании в баке трансформатора газ по маслопроводу проходит в расширитель, скапливаясь в верхней части корпуса реле, где расположен сигнальный элемент 1.

Рисунок 7 - Газовое реле

При скоплении в реле определенного количества газа уровень масла в нем снижается, поплавок сигнального элемента 1 опускается под действием силы тяжести и сигнальный контакт замыкается; аналогично срабатывает сигнальный элемент реле при снижении уровня масла в реле по другим причинам.

При дальнейшем снижении уровня масла, когда корпус реле опорожняется более чем наполовину, поплавок отключающего элемента 3 также опускается под действием силы тяжести и замыкается отключающий контакт.