1 Общие сведения о защите отдельных элементов системы электроснабжения

Релейной защитой называют специальные защитные устройства, выполненные при помощи реле и других аппаратов и предназначенные для отключения выключателем поврежденного элемента системы электроснабжения, если данное повреждение представляет собой непосредственную опасность для этой системы, или воздействующие на сигнализацию, если опасность отсутствует.

К релейной защите предъявляют требования селективного действия, быстродействия, надежности действия и чувствительности.

Основными параметрами схем релейной защиты являются токи срабатывания защиты, токи срабатывания реле, коэффициент схемы, коэффициент надежности, коэффициент возврата, ток возврата, коэффициент чувствительности.

В большинстве случаев устройство защиты подключается к цепям тока и напряжения с помощью измерительных трансформаторов тока и напряжения. Последние в зависимости от технических условий соединяют в различные электрические схемы.

Релейная защита отдельных элементов системы электроснабжения осуществляется как на оперативном переменном, так и на оперативном постоянном (выпрямленном) токе.

При выполнении защиты предусматривается резервирование, заключающееся в обеспечении действия защиты каждого элемента электрической система при повреждениях на смежном элементе (по направлению от источника питания) на случай отказа его защиты или выключателя.

При выполнении расчетов релейной защиты необходимо строго соблюдать действующие нормативные документы: Правила устройства электроустановок, Руководящие указания по релейной защите, а также директивные указания Главного технического управления, выпускаемые в виде противоаварийных и эксплуатационных циркуляров, решений и сборников.

Расчет релейной защиты должен содержать следующие разделы:

1. Исходные данные для расчета.

2. Расчет токов К.З.

3. Выбор вида и схемы защиты для защищаемого объекта.

4. Расчет уставок защиты для защищаемого объекта.

5. Результаты расчета.

2 Исходные данные для выполнения расчетного задания

Рисунок 2.1– Схема ГПП

Таблица 2.1 – Исходные данные для проектирования

Вариант	U1, кВ	L, км	Pн , кВт	Sт , МВА
1	35	1	1500	10

При расчетах принять:

– cosφ = 0,8;

– удельное сопротивление кабельной линии X_уд = 0,08 Ом/км, r_уд = 0,26 Ом/км;

– суммарную длину кабельных линий, питающих с шин 6 кВ равной 18 км;

– ток однофазного замыкания на землю (в амперах) в сети 6 кВ приближенно определить по формуле

U – линейное напряжение, кВ,

L – суммарная длина кабельных линий в сети 6 кВ;

– сопротивление системы принять для всех вариантов равным для максимального режима X_с = 15 Ом, для минимального режима X_c = 36 Ом;

– мощности трансформаторов T₁ и T₂ одинаковы S_Т1 = S_T2.

3 Расчет токов к.З.

Силовой трансформатор S_н = 10 МВА, 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 отпайках РПН.

U_min = U_ср (1– U_РПН) =36,75 ∙(1 – 0,16) = 30,87 кВ;

X_тр.min = U_к.min /(100 S_н) = 9,5 30,87²/(100 10)=9,05 Ом;

U_max = U_{max. доп} = 40,5 кВ (максимальная допустимое напряжение для сетей 35 кВ по действующим ГОСТ):

X_тр.max = U_к.max /(100 S_н) = 11 40,5²/(100 10)=18,04 Ом.

Ток в точке К₁ в максимальном режиме (для системы) приведенный к высшему напряжению:

_. = U_min /(1,73 ( X_c.max + X_тр.min)) = 30870/(1,73 (15 + 9,05) = 741,95 A.

Ток в точке К₁ в максимальном режиме (для системы) на низшем напряжении:

_. = n_T = 741,95∙ (30,87/6,3) =3635,56 А.

Где n_T – коэффициент трансформации силового трансформатора на минимальной отпайке РПН.

Ток в точке К₁ в минимальном режиме (для системы) приведенный к высшему напряжению:

_. = U_max /(1,73 ( X_c.min + X_тр.max)) = 40500/(1,73 (36 + 18,04)= 433,2 A

Ток в точке К₁ в минимальном режиме (для системы) на низшем напряжении:

_. = n_T = 433,2∙ (40,5/6,3) =2784,86 А.

Далее рассчитываются токи в точке К₂. Расчет производится для максимального и минимального режимов.

Максимальный режим:

_. = U_ср /(1,73 ) при низшем напряжении 6 кВ получим:

_. = 6300 /(1,73 3635,56) = 1,002 Ом

Далее определяется сопротивление кабеля, питающего силовую нагрузку. Для этого необходимо выбрать сечение кабеля. Рабочий ток кабеля определяется по формуле:

= S_р /(1,73 U_н ) = P_н /(1,73 U_н cosφ)

П ри мощности электродвигателя 1500 кВт получим:

= 1500/(1,73 6 0,8) = 180,64 А.

Принимая плотность тока 1,3 А/мм², получим требуемое сечение кабеля не менее 180,64/1,3 = 138,95 мм². Выбираем кабель ближайшего стандартного большего сечения 150 мм² марки АСБ.

Индуктивное и активное сопротивление выбранного кабеля при длине 1,6 км

= X_уд L = 0,08 1 = 0,08 Ом;

= R_уд L = 0,26 1 = 0,26 Ом.

Сопротивление до точки К.З:

= X_сэ =1,002 + 0,08 = 1,082 Ом; = 0,26 Ом;

= =1,11Ом.

Ток в точке К₂ в максимальном режиме:

= U_ср /(1,73 Z_к ) = 6300/(1,73 1,11) = 3280,74 А

Минимальный режим:

_. = U_ср /(1,73 ) = 6300 /(1,73 2784,86) = 1,3 Ом;

С учетом выбранного выше кабеля сопротивление до точки КЗ:

= X_сэ =1,3 + 0,08= 1,38 Ом; = 0,26 Ом;

= =1,4 Ом.

Ток в точке К₂ в минимальном режиме:

= U_ср /(1,73 Z_к ) = 6300/(1,73 1,4) = 2601,16 А

На этом расчет токов трехфазного замыкания заканчивается.

Ток двухфазного замыкания определяется по току трехфазного замыкания по формуле:

; ; .

Ток однофазного замыкания в электрической сети напряжение 6 и 10 кВ, с учетом изолированного режима работы нейтрали этих сетей, приближенно определяются по формуле:

U L / 10 = 6,3 18 / 10 =11,34 А

U – линейное напряжение, кВ,

L – суммарная длина кабельных линий