2.7. Выбор и расчет релейной защиты силового трансформатора; воздушной или кабельной линии; электродвигателя насоса или компрессора – согласно задания.

Выбор и расчет релейной защиты силового трансформатора

Защита, устанавливаемая на силовом трансформаторе, должна обеспечивать его отключение при межфазных и высоковольтных коротких замыканиях, при замыканиях на землю, или подавать сигнал о ненормальном режиме работе трансформатора.

Защита силового трансформатора цеховой подстанции обеспечивает:

1.Максимально-токовую защиту от коротких замыканий на стороне высшего напряжения.

2.Защиту от перегрузок на стороне низшего напряжения.

3.Газовую защиту—для трансформаторов мощностью от 630 кВА и выше.

1. Максимально-токовую защиту от К.З. предусматривают обычно в двухфазном двух релейном исполнений мгновенного действия.

Ток срабатывания защиты:

I_сз= Кн * I , А

где Кн -коэффициент надежности, зависит от типа максимально-токового реле , выбираем по лит.1

I -ток эксплуатационного трехфазного короткого замыкания

Максимально-токовое реле подключается к линии на высокой стороне силового трансформатора с помощью трансформаторов тока с коэффициентом трансформаций Кт;

коэффициент схемы Ксх учитывает схему включения вторичных обмоток трансформаторов тока, Ксх=1 или

Ток срабатывания токового реле

I = ; A

2. Защита от перегрузок обычно выполняется в трехфазном трехлинейном исполнении на стороне низшего напряжения (660В, 380В, 220В)

Защита выполняется с выдержкой времени, большей времени пуска двигателя, подключенных к силовому трансформатору или питаемых им сети. Обычно выдержка времени 5—10 с.

Ток срабатывания защиты:

I = Кн* I

Ток срабатывания реле защиты:

I =

где Кв—коэффициент возврата реле.

Чувствительность защиты проверяется с помощью коэффициента чувствительности Кч

Кч =

Где - минимальный ток трехфазного короткого замыкания.

3. Газовая защита – это защита от внутренних повреждений в трансформаторе, осуществляемая газовым реле. Газовое реле реагирует на витковые и междуфазные замыкания внутри трансформатора.

Для трансформаторов мощностью от 400 кВА и выше газовая защита обязательна, она устанавливается на заводе-изготовителе и не требует расчета. Обычно применяют газовое реле типов ПГ-22, РГ3-61, РГ3-66.

Пример:

Рассчитать защиту силового трансформатора мощностью 630 кВА на напряжение 10/0,4 кВ.

I =1110 А (на стороне 10 кВ)

I =9720 А (на стороне 0,4 кВ)

=18450 А устанавливаем на подстанции

Для силового трансформатора предусматриваем:

1. Максимально-токовую защиту мгновенного действия от К.З. в двухфазном двухрелейном исполнений на стороне 10 кВ.

2. Защиту от перегрузок в трехфазном трехрелейном исполнении на стороне 0,4 кВ.

3. Газовую защиту.

Расчет защит

1.МТЗ. Защиту выполняем с помощью токовых реле РТ-40 на постоянном оперативном токе.

Ток срабатывания защиты:

I = Кн* I =1,2 =1332 А

Токовое реле присоединяем через трансформатор тока с коэффициентом трансформаций

Кт=800/5=160 по схеме неполной звезды, Ксх=1.

Ток срабатывания реле защиты:

I = =

Выбираем реле РТ-40/10 с током срабатывания от 5 до 10 А.

2.Защита от перегрузок выполняется на токовых реле РТ-40 с выдержкой времени 10с. Выдержка времени осуществляется реле времени.

Ток срабатывания защиты:

I = Кн* I =1,2

Реле подключаем через трансформатор тока с Кт=12000/5=2400 по схеме звезда Ксх=1

Ток срабатывания реле:

I = =

Выбираем токовое реле РТ-40/10 с током срабатывания от 5 до 10А.

Проверяем чувствительность защиты:

Кч=

Защита достаточно чувствительна .

3.Газовую защиту не рассчитываем т.к. она установлена на заводе-изготовителе на трансформаторе с помощью газового реле ПГ-22.

Выбор и расчет релейной защиты воздушной или кабельной линии

Для кабельных линий в сетях 6…10 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты

• от многофазных замыканий,

• защита от перегрузок,

• защита от однофазных замыканий на землю.

1.Защиту от многофазных замыканий выполняем в двухфазном, двухрелейном исполнении и включаем в одни и те же фазы по всей сети для обеспечения отключения в случае двойного замыкания только одного места повреждения.

Защита устанавливается двухступенчатая – одна ступень в виде токовой отсечки, вторая – в виде максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты:

где - расчетный ток защищаемой линии,

K_сх- коэффициент схемы,

K_cзп – коэффициент самозапуска нагрузки,

К_н – коэффициент надежности,

К_в- коэффициент возврата реле

Значения коэффициентов берем в лит.1

К_т- коэффициент трансформации трансформаторов тока. Выбирается студентом, число обмоток вторичной обмотки всегда 5, для первичной обмотки выбираем любое число, чтобы ток зашиты получился единицы или десятки ампер.

Для защиты выбираем реле РТ-40.

Коэффициент чувствительности защиты:

Ток срабатывания максимальной токовой отсечки:

2.Защита от однофазных замыканий на землю выполняется с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности. Защита действует на отключение без выдержки времени по требованиям безопасности, должна отключать элемент, питающий поврежденный участок.

Ток срабатывания защиты нулевой последовательности:

где К_отс – коэффициент отстройки, К_отс= 1,1 1,2

К_бр – коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока, К_бр=4 5

I_cо – емкостной ток замыкания на землю, выбирается из таблицы 15

l – длина линии, км

Коэффициент чувствительности защиты

Таблица 16

Емкостные токи замыкания на землю, А

Вид линии	Напряжение, кВ
	6	10	35
Воздушная	0,015	0,015	0,1
Кабельная сечение 16-35	0,37-0,52	0,52-0,7	-
Кабельная сечение 50-95	0,6-0,82	0,75-1,0	3,7-4,1
Кабельная сечение 120-240	0,9-1,2	1,1-1,4	4,4-5,2

Пример

Рассчитать защиту кабельной линии сечением 240 к цеху, расчетный ток линии I_p=250A, длина линии 1,1 км.

I_{к.з.макс.} = 12480 А

I_{к.з.мин.} = 12330 А

Решение:

Для кабельных линий в сетях 6 кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных замыканий, защита от перегрузок, защита от однофазных замыканий на землю.

Защиту от многофазных замыканий выполняем в двухфазном, двухрелейном исполнении и включаем в одни и те же фазы по всей сети для обеспечения отключения в случае двойного замыкания только одного места повреждения.

Защита устанавливается двухступенчатая – одна ступень в виде токовой отсечки, вторая – в виде максимальной токовой защиты с независимой характеристикой выдержки времени.

Ток срабатывания максимальной токовой защиты:

где - расчетный ток защищаемой линии, I_p=250A

K_сх- коэффициент схемы, для схемы неполная звезда К_сх= 1

K_cзп= 1,2

К_в= 0,85

К_н= 1,3

К_т- коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Для защиты выбираем реле РТ-40, а также трансформаторы тока

ТЛ-10-II с коэффициентом трансформации n_т = 800/5

А

Выбираем реле РТ-40/6 с током уставок от 1,5 до 6 А.

Коэффициент чувствительности защиты:

Защита достаточно чувствительна.

Ток срабатывания максимальной токовой отсечки:

где - максимальный ток к.з. (из таблицы 4).

А

Выбираем реле РТ-40/100 с током уставок от 25 до 100 А.

Защита от однофазных замыканий на землю выполняется с использованием трансформаторов тока нулевой последовательности. Защита действует на отключение без выдержки времени по требованиям безопасности, должна отключать элемент, питающий поврежденный участок.

Ток срабатывания защиты нулевой последовательности:

где К_отс – коэффициент отстройки, К_отс= 1,1 1,2

К_бр – коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока, К_бр=4 5

I_cо – емкостной ток замыкания на землю, для кабелей сечением

240 мм² в сети 6 кВ

l – длина линии, км

А

Коэффициент чувствительности:

Защита достаточно чувствительна.

Выбор и расчет релейной защиты электродвигателя насоса (компрессора)

Для электродвигателя насоса предусматриваем следующие виды защит:

1.Защиту от многофазных коротких замыканий на выводах и в обмотках статора в виде однорелейной двухфазной токовой отсечки , отстроенной от токов самозапуска и пуска.

Ток срабатывания реле отсечки

где - коэффициент надежности,

коэффициент схемы .

кратность пуска двигателя,

номинальный ток двигателя

( А)

коэффициент трансформации трансформатора тока

В связи с тем, что индукционные реле РТ-80 не предназначены для работы в условиях вибрации, применяем реле РТ-40 ,

Коэффициент чувствительности защиты

2.Защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты от перегрузки

где коэффициент возврата реле,

Выдержка времени защиты должна быть больше времени пуска двигателя

3.Защита минимального напряжения ответственного двигателя, подлежащего самозапуску, имеет уставку срабатывания по напряжению 0,5 U_н

Напряжение срабатывания реле напряжения

U_ср.=

Выдержка времени осуществляется с помощью реле времени.

4.Защита электродвигателя от замыканий на землю выполняется с помощью реле РТЗ-50, подключенного к трансформатору нулевой последовательности ТНП-4.

Ток срабатывания защиты от замыканий на землю

I_с.з. К_н* К_б * I _с.д;

где К_н –коэффициент надежности,

К_б- коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока, К_б=3-4

I_с.д.- собственный емкостной ток электродвигателя

I_с.д.= ;

где f- частота сети; 50 Гц

С –емкость фазы электродвигателя

С= ;

где полная мощность электродвигателя S_н =Р_н/cos ;

n –частота вращения двигателя,

Пример

Рассчитать защиту двигателя насоса Р_н = 1400 кВт напряжением 10 кВ. Данные двигателя соs φ = 0,9; КПД = 0,9.

Для электродвигателя насоса предусматриваем следующие виды защит:

1.Защиту от многофазных коротких замыканий на выводах и в обмотках статора в виде однорелейной двухфазной токовой отсечки , отстроенной от токов самозапуска и пуска.

Ток срабатывания реле отсечки

где = 1,8

кратность пуска двигателя, принимаем

номинальный ток двигателя

100 А

коэффициент трансформации трансформатора тока ТЛМ -10,

В связи с тем, что индукционные реле РТ-80 не предназначены для работы в условиях вибрации, применяем реле РТ-40 , для него

= 21,8 А

Выбираем реле РТ-40 с уставкою по току от 15 до 30 А

Коэффициент чувствительности защиты

Защита достаточно чувствительна.

2.Защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты от перегрузки

где коэффициент возврата реле, для РТ -40

= 3,66 А

Принимаем для защиты от перегрузки реле РТ-40/6 c током уставки от 2 до 6 А.

Выдержка времени защиты должна быть больше времени пуска, поэтому берем реле времени ЭВ – 215 с пределом уставок от 1 до 20с.

3.Защита минимального напряжения ответственного двигателя, подлежащего самозапуску, имеет уставку срабатывания по напряжению 0,5 U_н и выдержку времени 8 с.

Напряжение срабатывания реле РН-54/160 со вторичным напряжением 100 В.

U_ср.= = = 50 В

Выдержка времени осуществляется с помощью реле ЭВ -215.

4.Защита электродвигателя от замыканий на землю выполняется с помощью реле РТЗ-50, подключенного к трансформатору нулевой последовательности ТНП-4.

Ток срабатывания защиты от замыканий на землю

I_с.з. К_н* К_б * I _с.д;

где К_н –коэффициент надежности,

К_б- коэффициент, учитывающий бросок собственного емкостного тока, К_б=3-4

I_с.д.- собственный емкостной ток электродвигателя

I_с.д.= ;

где f- частота сети;

С –емкость фазы электродвигателя

С= ;

где полная мощность электродвигателя S_н =Р_н/cos =1400/0,9=1555кВА;

n –частота вращения двигателя,принимаем 1000 об/мин;

С= = 0,024 мкф/фазу;

I_cд.= = 0,13 А

I_с.з.= 1,2*4*0,13 =0,63 А

Принимаем ток срабатывания защиты 1А, при этом ток срабатывания реле 0,01А.