Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Факультет (институт) Энергетический

Кафедра Электрификация производства и быта

наименование кафедры

Расчетное задание защищено с оценкой

Руководитель задания А.Х. Мусин

(подпись) (и.о.фамилия)

“ ” 2010 г.

дата

Р асчет релейной защиты электроустановок

тема задания

Расчетное задание

п о дисциплине Релейная защита и автоматика

наименование дисциплины

К П 140211.42.000 ПЗ

обозначение документа

С тудент группы Э-64 С.А. Фуголь

и.о., фамилия

Руководитель задания д.т.н., 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;

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

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

е) 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 опре-делить 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 электро-двигатель.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант	U1 , кВ	L , км	Рн , кВт	Sт , МВА
42	220	1,2	1600	63

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 = 63000 кВА, напряжение (230 16%)/6,6 кВ; U_к.ср=10,5%, U_к.min=9,5%, U_к.max=11%.

Определяем сопротивление трансформатора на крайних отпайках 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

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 = 52216,98А 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 192,68/1,3 = 148,22 мм². Выбираем кабель ближайшего стандартного большего сечения 150 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 = 0,073 + 0,091 = 0,164 Ом;

R_к = 0,31 Ом;

Ток в точке в максимальном режиме:

Минимальный режим

Х_к = 0,101 + 0,091 = 0,192 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 = 1600 кВт; коэффициент пуска k_п = 5,2 ; ток трехфазного короткого замыкания в точке К₂ в максимальном режиме

I_кз = 10869,03 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 нормаль-ному 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) =

= 1600/∙6,6∙0,8) = 174,96 А, по которому по справочнику выбирается трансформатор тока ТПЛ-10К (600/5) с коэффициентом трансформации: n_т = 600/5 (U_н = 10 кВ; I_н = 600 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∙5,2∙174,96 = 1637,63 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 РТ-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.