Расчет устройств релейной защиты и автоматики системы электроснабжения
Предохранитель FU3, от которого запитана группа
электродвигателей, выбирается согласно следующих условий:
,
(2.5)
, (2.6)
где и -пусковой
и номинальный ток максимального по мощности двигателя, питающегося от
выбираемого предохранителя, А; - коэффициент спроса для этого двигателя (так как
не дано иное, принимаем =1);
- расчетный ток двигателей,
питающихся от выбираемого предохранителя, А.
(2.7)
А
А .
Принимаем к установке предохранитель
типа ПН2; = 400 А; = 355 А; [2, стр.371].
Для обеспечения селективности
действия защиты для предохранителя FU2 принимаем плавкую вставку с номинальным током: = 630 А.
Предохранитель типа: ПН2; = 630 А; = 630 А; [2, стр.371].
3. Выбор установок автоматов
При выборе автоматов для защиты
асинхронных двигателей руководствуемся рекомендациями, изложенными в [4,
стр.98-стр.116].
Условия выбора:
(3.1)
(3.2)
где - номинальный ток уставки теплового расцепителя
автомата, А;
- номинальный ток уставки электромагнитного
расцепителя автомата, А;
Автомат для двигателя М1:
А
А
Выбираем автомат типа АЕ 2023М, =12,5 А, = 87,5 А, без выдержки времени (t = 0 с.).
Для остальных двигателей выбор
производится аналогично. Результаты приведены в таблице 3.1.
Таблица 3.1 Результаты выбора
автоматического выключателей
Двигатель
|
, А
|
, А
|
,А
|
Предохранитель
|
Тип
|
, А
|
,А
|
М1
|
10,27
|
51,35
|
64,19
|
АЕ 2023
|
12,5
|
87,5
|
М2
|
123,27
|
616,35
|
770,44
|
АЕ 2063 М
|
160
|
800
|
М3
|
15,41
|
77,05
|
96,31
|
АЕ 2023
|
16
|
112
|
М4
|
11,3
|
56,5
|
70,63
|
АЕ 2023
|
12,5
|
87,5
|
М5
|
8,22
|
41,1
|
51,38
|
АЕ 2023
|
10
|
70
|
М6
|
30,82
|
154,1
|
192,63
|
АЕ 2043 М
|
31,5
|
220,5
|
Выбор автомата QF3.
Автомат, от которого запитана группа
двигателей выбирается по следующим условиям:
(3.3)
(3.4)
где - возможный кратковременный ток через автомат, А.
(3.5)
А
А
А
Принимаем автомат типа АВМ-4Н, = 200 А, = 1000 А [2 стр.371].
Принимаем такой же автомат и для QF2. Автоматы типа АВМ – 4Н имеют регулируемую
(0-10 с ) выдержку времени, что позволяет получить требуемую ступень
селективности.
Выбор автомата QF1.
Ток уставки автомата определяем из
условия:
(3.6)
где - номинальный ток трансформатора Т9.
А
А
Принимаем автомат серии Э «Электрон»
типа ЭО40С, = 6300 А [2
стр.379].
4. Проверка чувствительности
предохранителя
Чувствительность предохранителя
обеспечивается, если выполняется условие:
(4.1)
где = 44680 А – ток однофазного замыкания на землю
(табл. 1.1).
Для двигателя М1: А;
Для двигателя М2: А;
Для двигателя М3: А;
Для двигателя М4: А;
Для двигателя М5: А;
Для двигателя М6: А;
Предохранитель FU3: А;
Предохранитель FU2: А.
Рассчитанная величина тока КЗ
значительно превышает полученные величины, следовательно предохранители
обладают достаточной чувствительностью.
5. Проверка чувствительности
автоматов
Чувствительность автоматов
обеспечивается, если выполняется условие:
(5.1)
где = 44680 А – ток однофазного замыкания на землю
(табл. 1.1).
Для двигателя М1: А;
Для двигателя М2: А;
Для двигателя М3: А;
Для двигателя М4: А;
Для двигателя М5: А;
Для двигателя М6: А;
Автомат QF3 (QF2): А.
Автоматы обладают достаточной
чувствительностью.
Чувствительность вводного автомата проверяем
по условию:
(5.2)
где =35420 А – ток фазного КЗ на стороне НН трансформатора (табл.
1.1);
Вводной автомат обладает достаточной
чувствительностью.
6. Время срабатывания предохранителя
и автомата
Время срабатывания плавкой вставки
предохранителя определяем по типовым характеристикам зависимости времени
сгорания плавкой вставки предохранителя от величины тока, протекающего по
предохранителю [8, стр.384].
При токе КЗ =40900 А время сгорания плавкой вставки
предохранителя составит:
Для двигателя М1: с;
Для двигателя М2: с;
Для двигателя М3: с;
Для двигателя М4: с;
Для двигателя М5: с;
Для двигателя М6: с;
Предохранитель FU3: с;
Предохранитель FU2: с.
Время срабатывания автомата с
мгновенным расцепителем равно нулю, т.е. автоматы, защищающие двигатели,
срабатывают мгновенно.
Время срабатывания автомата QF3, защищающего группу двигателей, принимаем
на ступень селективности больше, чем у автоматов двигателей.
(6.1)
- ступень селективности, принимаем равной 0,2 с.
с
с
с
7. Проверка селективности между
элементами релейной защиты
Селективность между последовательно
установленными предохранителями соблюдается, если выполняется условие
[8,стр.384]:
(7.1)
где - время сгорания плавкой вставки предохранителя,
расположенного ближе к источнику питания; - время сгорания плавкой вставки предохранителя, расположенного
ближе к нагрузке; коэффициент 1,7-3 учитывает конструктивные особенности
плавких вставок.
Наибольшее время сгорания имеет
предохранитель, защищающий двигатель М2
с.
с,
чем меньше времени, определенного для
FU3 по типовым характеристикам: с.
с,
чем меньше времени, определенного для
предохранителя FU2 по типовым характеристикам:
с.
Селективность действия автоматических
выключателей обусловлена выдержками времени рассчитанными в Пункте 6.
8. Расчет защиты двигателей
напряжением 6 кВ
Синхронные электродвигатели защищают
от следующих повреждений и ненормальных режимов работы:
- от междуфазных КЗ обмотки статора;
- от замыканий на землю обмотки
статора;
- от перегрузки;
- от понижения напряжения.
Защита от междуфазных КЗ в обмотке
статора
Для защиты двигателя от междуфазных
КЗ в обмотке статора применяем токовую отсечку с использованием токовых реле
типа РТ-40. Схема соединения трансформаторов тока неполная звезда. Ток
срабатывания отсечки отстраивается от пускового тока двигателя, согласно
[6,стр.379]:
(8.1)
где - коэффициент надежности, =1,4 для реле серии РТ-40.
Номинальный ток двигателя:
(8.2)
где - параметры синхронного двигателя (табл. 1)
А
Пусковой ток двигателя:
А
А
Ток срабатывания реле согласно
[6,стр.379]:
(8.3)
где - коэффициент схемы, = 1 для схемы соединения трансформаторов тока
неполная звезда; -
коэффициент трансформации трансформаторов тока.
Принимаем трансформатор тока типа
ТВЛМ6-УЗ; =150 А, = 5 А [2,стр.294].
А
Для выполнения защиты применяем
токовое реле РТ-40/50 с током срабатывания =32 А, соединение катушек параллельное, указательное
реле РУ-21/0,05 и промежуточное реле РП-23, =220 В.
Коэффициент чувствительности защиты
согласно [6,стр.379]:
(8.4)
где =2250 А – ток двухфазного КЗ в сети 6 кВ (табл.
1.1).
что удовлетворяет условию проверки.
Защита от замыканий на землю обмотки
статора
Защита от замыканий на землю
выполняется на токовом реле, подключаемом к трансформатору тока нулевой
последовательности с подмагничиванием. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.401]:
(8.5)
где = 1,25 – коэффициент надежности; - коэффициент, учитывающий бросок
собственного емкостного тока двигателя при внешних перемежающихся замыканиях на
землю (для защиты без выдержки времени принимают =3,5 );
- собственный ток замыкания на землю.
(8.6)
где =314 - угловая частота; -
номинальное напряжение двигателя, кВ;
- емкость двигателя, мкФ/фазу:
(8.7)
где k – коэффициент, учитывающий класс изоляции (k=40 для класса изоляции В);
S – номинальная мощность двигателя,
кВА; - скорость вращения
ротора двигателя (данные на двигатель в табл. 1).
Номинальная мощность двигателя:
кВА;
мкФ/фазу
А
А
Так как ток срабатывания защиты не
превышает 10 А (для двигателей до 2000 кВт), защиту от замыканий на землю не
устанавливаем.
Защита от перегрузок
Для защиты двигателей от перегрузки
используем однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно
[7,стр.379]:
(8.8)
где =1,2; - коэффициент возврата (для реле РТ-40: =0,8);
А
Ток срабатывания реле:
А
Для выполнения защиты выбираем
токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания = 5,75 А. Соединение катушек параллельное. Для
создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-143 с временем срабатывания
15 с.
Защита от понижения напряжения
Напряжение срабатывания защиты
согласно [7,стр.394]:
(8.9)
кВ
Напряжение срабатывания реле:
(8.10)
где =1,25; =1,2 для реле минимального напряжения РН-54;
- коэффициент трансформации трансформатора
напряжения.
Принимаем трансформатор напряжения
НТМИ-6-66: =6 кВ, =100 В, [1,стр.634].
В
Для выполнения защиты применяем реле
напряжения РН-54/160 с =47 В
(первый диапазон). Для создания требуемой выдержки времени применяем реле времени
ЭВ-123. Время срабатывания защиты принимаем 1 с, считая защищаемый двигатель
неответственным.
Проверка трансформаторов тока на 10%
погрешность
При проверке руководствуемся
рекомендациями, изложенными [8,стр.330].
Определим сопротивление нагрузки на
трансформатора тока.
(8.11)
где - сопротивление соединительных проводов, Ом; - сопротивление обмоток реле,
включенных в фазный провод, Ом; - сопротивление обмоток реле, включенных в нулевой
провод, Ом; =0,1 Ом –
переходное сопротивление контактов.
Сопротивление проводов:
(8.12)
где - удельное сопротивление материала провода (=0,0283 , для алюминия); - расчетная длина соединительных проводов от
трансформатора тока до реле (=5
м); - сечение провода ( =4 мм).Сопротивление
реле:
(8.13)
где - потребляемая мощность реле, ( для РТ-40/50: =0,8 ВА; для РТ-40/10: =0,5 ВА); - ток срабатывания реле, А.
Ом
Ом
Ом
Ом
Кратность расчетного тока
срабатывания к номинальному току трансформатора тока составит:
(8.14)
где =1,2 – коэффициент, учитывающий наличие
апериодической составляющей тока КЗ; =0,8 – коэффициент. учитывающий возможное ухудшение
характеристик намагничивания трансформаторов тока.
По кривой 10% погрешности трансформатора
тока, с учетом кратности первичного тока срабатывания, определяем Ом, что больше расчетного 0,1764 Ом [6,стр.340].
Трансформаторы тока будут работать в
заданном классе точности.
Схема защиты приведена в приложении.
9. Расчет защиты цехового
трансформатора
Защита предусматривается от следующих
повреждений и ненормальных режимов:
- от междуфазных КЗ в обмотках
трансформатора и на их выводах;
- от витковых замыканий;
- защита от внешних КЗ;
- перегрузки;
- снижение уровня масла в баке
трансформатора.
Защита трансформатора от междуфазных
КЗ
Для защиты трансформатора от
междуфазных КЗ применяем токовую отсечку без выдержки времени. Схема соединений
трансформатора тока и обмоток реле неполная звезда.
Ток срабатывания защиты отстраивается
от тока трехфазного КЗ за трансформатором, согласно [7,стр.297]:
(9.1)
=1,4 – коэффициент надежности; =40900 А – ток трехфазного КЗ за трансформатором
(табл. 1.1).
А
Ток срабатывания защиты, приведенный
к стороне ВН:
А,
где - коэффициент трансформации трансформатора Т9
(Т10).
Номинальный ток трансформатора:
А
Принимаем трансформатор тока типа
ТФЗМ35А-У3; =50 А, =5 А [2,стр.302]. Ток
срабатывания реле:
А,
Для выполнения защиты применяем
токовое реле РТ-4040/100 с током срабатывания =65,4 А, соединение катушек параллельное,
указательное реле РУ-21/0,5 и промежуточное реле РП-23, =220 В.
Коэффициент чувствительности защиты
согласно [7,стр.297]:
(9.2)
где =1520 А – ток двухфазного КЗ на стороне ВН
трансформатора (табл. 1.1).
;
что удовлетворяет условию проверки.
Защита от внешних КЗ
Для защиты от внешних КЗ и
резервирования действия основных защит (токовой отсечки и газовой защиты)
устанавливается МТЗ с выдержкой времени.
Ток срабатывания МТЗ отстраивается от
номинального тока трансформатора с учетом самозапуска двигателей, согласно
[6,стр.296]:
(9.3)
где =1,2 и =0,8 – коэффициенты надежности и возврата реле
РТ-40;
- коэффициент, учитывающий самозапуск заторможенных
электродвигателей
=(3-3,5).
А.
Ток срабатывания реле:
А,
Для выполнения защиты применяем
токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания = 18,55 А, соединение катушек параллельное.
Выдержка времени МТЗ выбирается с
учетом селективности:
(9.4)
где =0,6 с –выдержка времени автомата QF1 на стороне НН трансформатора =0,5 с – ступень селективности
для МТЗ.
с
Для создания выдержки времени
применяем реле времени ЭВ-114.
Коэффициент чувствительности защиты
согласно [6,стр.297]:
(9.5)
где = 35420 А – ток двухфазного КЗ на стороне НН
трансформатора (табл. 1.1).
Приводим величину тока двухфазного КЗ
на стороне НН трансформатора к стороне ВН, и вычисляем коэффициент
чувствительности:
;
что удовлетворяет условию проверки.
Защита трансформатора от перегрузки.
Для защиты от перегрузки используем
однорелейную токовую защиту. Ток срабатывания защиты согласно [7,стр.332]:
(9.6)
где =1,05; - коэффициент возврата (для реле РТ-40: =0,8);
А
Ток срабатывания реле:
А
Для выполнения защиты выбираем
токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания =54,1 А. Соединение катушек параллельное.
Выдержка времени защиты от перегрузки
выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ:
(9.7)
с
Для создания выдержки времени
применяем реле времени ЭВ-124.
Защита от внутренних повреждений и
понижения уровня масла в баке
Любые ( даже незначительные ) повреждения,
а также повышенные нагревы внутри бака трансформатора вызывают расположение
масла и органической изоляции, что сопровождается выделением газа.
Интенсивность газообразования и химической состав газа зависят от характера и
размеров повреждения. Защита выполняется так, чтобы при медленном
газообразовании подавался сигнал, а при бурном газообразовании, что
присутствует при коротких замыканиях, происходило отключение поврежденного трансформатора.
Кроме того, защита реагирует на опасные понижения уровня масла в баке
трансформатора.
Газовая защита является универсальной
и наиболее чувствительной защитой трансформаторов от внутренних повреждений (
реагирует на все виды повреждений, включая витковые замыкания).
Газовая защита выполняется с
использованием реле типа РЗТ-80.
10. Расчёт защиты линии 35 кВ
Защита предусматривается от следующих
повреждений и ненормальных режимов:
- от междуфазных КЗ;
- от перегрузки;
- от замыкания на землю;
Для защиты 35 кВ устанавливаем
токовую отсечку, максимальную токовую защиту (МТЗ) с выдержкой времени и защиту
от замыкания на землю.
Расчет токовой отсечки
Схема соединений трансформатора тока
и обмоток реле звезда. Схему защиты выполняем на переменном оперативном токе.
Ток срабатывания защиты отстраивается
от тока трехфазного КЗ за трансформатором, согласно [7,стр.297]:
(10.1)
где =1,2 – коэффициент отстройки; =40900 А – ток трехфазного КЗ за трансформатором
( табл. 1.1.).
Ток трехфазного КЗ, приведенный к
стороне ВН трансформатора:
А,
где - коэффициент трансформации трансформатора Т9
(Т10).
А
Ток в линии:
=115,5 А (Пункт 1).
Принимаем трансформатор тока типа
ТЛК35-У3; =200 А, =5 А [2,стр.302]. Ток
срабатывания реле:
А,
Для выполнения защиты применяем
токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания =14 А, соединение катушек параллельное.
Коэффициент чувствительности защиты
согласно [7,стр.297]:
(10.2)
где =1520 А – ток двухфазного КЗ на стороне ВН
трансформатора (таб. 1.1).
что удовлетворяет условию проверки.
Расчёт МТЗ линии 35 кВ
Ток срабатывания МТЗ отстраивается от
номинального тока линии с учетом самозапуска двигателей, согласно [6,стр.296]:
(10.3)
где =1,2 – коэффициент отстройки, =0,8 – коэффициент возврата для реле РТ-40;
- коэффициент, учитывающий
самозапуск заторможенных электродвигателей ( = 2,5 ); =115,5 А.
А
Ток срабатывания реле:
А,
Для выполнения защиты применяем
токовое реле РТ-40/20 с током срабатывания =10,8 А, соединение катушек параллельное.
Коэффициент чувствительности защиты
согласно [7,стр.297]:
(10.4)
Страницы: 1, 2, 3
|