5. Расчет защиты от замыканий на землю

В разделе 5 были определены емкостные токи КЛ W5 и электродвигателя М1:

Суммарный емкостной ток присоединения с электродвигателем:

Так как суммарный ток замыкания на землю превышает 5 А:

защита выполняется без выдержки времени, действующей на отключение защищаемого двигателя, ток срабатывания защиты от ОЗЗ отстраивается от суммы емкостного тока защищаемого двигателя и питающей линий W5:

где – коэффициент отстройки [1, с. 282].

Защита выполняется без выдержки времени, так как отстройка от токов переходного процесса обеспечивается выбором коэффициента отстройки.

К установке принимается трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗЛ-1 05.1 производства ЗАО Свердловский завод трансформаторов тока [17]. Коэффициент трансформации ТЗЛ равен 25/1.

Тогда ток срабатывания реле:

Защита выполняется на базе реле типа РТЗ51 [19]. Реле требует оперативного питания постоянным напряжением 220 В. Принимается уставка реле:

Тогда чувствительность защиты:

Таким образом, защита от однофазных замыканий на землю обладает достаточной чувствительностью.

7. Минимальная защита напряжения

Защита выполняется двухступенчатой. Первая ступень отключает неответственных потребителей – линии W7 и W8.

Напряжение срабатывания и выдержка времени первой ступени:

Выдержка времени срабатывания первой ступени на ступень селективности больше времени срабатывания быстродействующей защиты двигателя от коротких замыканий.

Вторая ступень защиты отключает от сети защищаемый двигатель М1, так как его самозапуск не допускается.

Напряжение срабатывания и выдержка времени второй ступени:

Защита выполняется двухступенчатой на базе четырех однофазных электронных универсальных реле напряжения РН-112 производства ООО «Новатек-Электро» [21]. РН112 не требуют оперативного питания. К установке принимается два трансформатора напряжения однофазных типа НОМ-10-У3 производства Кентауского трансформаторного завода [22]. Кроме реле минимального напряжения к установке принимаются промежуточные реле типа РП23 [9] и указательные РУ21 [10], аналогичные принятым ранее. Трансформаторы напряжения соединяются в неполную звезду, по два реле напряжения включаются на межфазные напряжения АВ и ВС.

Данные трансформатора:

Номинальное напряжение первичной обмотки: 10 кВ

Номинальное напряжения вторичной обмотки: 100 В.

Напряжения срабатывания реле:

14. Расчет дифференциальной защиты трансформатора

Для расчета дифференциальной защиты трансформатора токи короткого замыкания в точках 2 и 4 приводятся к напряжению стороны ВН – 110 кВ:

Далее защита предварительно отстраивается от наибольшего сквозного тока внешнего трехфазного короткого замыкания – в точке К2:

Дифференциальная защита трансформатора реализуется на реле РСТ15 УХЛ4 производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод» [23]. Реле требует оперативного питания постоянным напряжением 220 В.

Ток срабатывания защиты по условию отстройки от броска тока намагничивания:

где –коэффициент запаса по [24, с. 5];

номинальный ток трансформатора на стороне 110 кВ;

Производится расчет тока срабатывания защиты по условию отстройки от тока небаланса.

Первая составляющая тока небаланса, обусловленная разнотипностью трансформаторов тока:

где – допустимая полная погрешность трансформаторов тока;

трансформаторов тока для дифференциальной защиты трансформатора [1, с.503].

для реле РСТ15, так как оно отстроено от бросков тока намагничивания с апериодической составляющей [25, с. 62];

– ток трехфазного короткого замыкания в точке К2, приведенный к стороне 110 кВ.

Вторая составляющая тока небаланса обусловлена наличием устройства РПН:

где диапазон регулирования напряжения под нагрузкой.

Суммарный ток небаланса:

Тогда первичный ток срабатывания защиты на стороне 110 кВ:

где коэффициент запаса принимается равным

1.3 – [6, с.216]

Принимается большее из двух предварительных значений, таким образом расчетным условием для выбора является отстройка от тока небаланса:

Предварительная проверка чувствительности. Чувствительность оценивается по минимальному току двухфазного КЗ в точке К4, приведенному к стороне 110 кВ:

Выбираются трансформаторы тока таким образом, чтобы номинальные вторичные токи не превышали 5 А.

К установке на стороне ВН принимается ТОЛ-110III-200/5 производства ТД трансформатор [26]; К установке на стороне СН принимается ТОЛ-35-III-IV-1 600/5 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока»[12]; К установке на стороне НН принимается ТОЛ-10-2000/5 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока» [8]. Производится проверка на допустимую кратность перегрузки при КЗ по (48), при этом производится приведение токов срабатывания защиты к сторонам 35 и 10 кВ:

Для ВН:

Для СН:

Для НН:

Выбранные трансформаторы тока удовлетворяют условию проверки на допустимую перегрузку.

Таблица 1 – Расчет вторичных токов трансформаторов тока в номинальном режиме

Наименование	Обозначение, формула	Расчет на ст. ВН	Расчет на ст. СН	Расчет на ст. НН
Ном. ток трансформатора		10000/(*110) =52,5 А	10000/(*35) =164,96 А	10000/(*10) =577,35 А
Схема соединения обмоток		Y0	Y	Y
Схема соединенияТТ		Y	Y	Y
Коэффициент схемы		1	1	1
Коэффициент трансформации ТТ		200/5=40	600/5=120	2000/5=400
Номинальный вторичный ток ТТ		1,31	1,37	1,44

В качестве основной выбирается сторона НН 10 кВ.

Ток срабатывания защиты, рассчитанный для стороны ВН, приводится к основной стороне:

В качестве ориентировочных принимаются следующие первоначальные уставки реле РСТ15:

к=2;

МДС срабатывания реле:

Расчетный ток срабатывания реле:

Число витков основной стороны, которое соответствует току срабатывания:

Ближайшее значение из ряда уставок:

Расчетное число витков на неосновных сторонах:

Принимается:

Принимается:

Предварительная проверка равенства МДС по условию:

Условие проверки выполняется.

Составляющая тока небаланса, обусловленная неравенством расчетных и принятых значений чисел витков обмотки реле:

Для стороны ВН:

Для стороны СН:

К дальнейшему расчету принимается большая составляющая тока небаланса на стороне СН:

Уточненное значение тока небаланса:

Уточненный ток срабатывания защиты по (59):

Уточненный ток срабатывания защиты на стороне НН:

Расчетный уточненный ток срабатывания реле на стороне НН:

Определяется уставка реле относительно уточненного тока срабатывания защиты:

Из ряда уставок принимается ближайшее:

Уточнение тока срабатывания защиты:

Окончательная проверка чувствительности:

Что не является допустимым [1, c.504].

Кроме дифференциального реле к установке принимаются промежуточные реле типа РП23 [9] и указательные типа РУ21 [10], аналогичные принятым в пункте 3.3.

15. Расчет газовой защиты трансформатора

Газовая защита реализуется на базе газовых реле Бухгольца двухпоплавковых типа BF80/10-11 производства фирмы EMB (Германия) [27] с одним замыкающим герконовым контактом верхней системы коммутации (для аварийной сигнализации), и один замыкающим герконовым контактом в нижней цепи коммутации – для цепи отключения.

Параметры реле:

Мощность трансформатора: S≥10 кВА;

Условный проход трубы: 80 мм;

Форма фланца: круглая;

Диаметр фланца: 200 мм.

17. Заключение

В результате расчета был спроектирован комплекс защиты и автоматики системы электроснабжения, выбраны первичные преобразователи тока и напряжения (трансформаторы тока типов ТОЛ-10, ТОЛ-35, ТОЛ-110, трансформатор тока нулевой последовательности типа ТЗЛ-1, трансформатор напряжения НОМ-10), измерительные, а также промежуточные и указательные органы, рассчитана ката селективности для защит кабельной линии 10 кВ и нижестоящих, а также построены графики защищаемых зон для линий W1, W6. Рассчитаны параметры срабатывания и выбран исполнительный орган повторного включения воздушной линии W1 (реле повторного включения РПВ 01). Спроектированные токовые защиты линий и двигателя обладают достаточной чувствительностью, линии электропередачи 35 и 10 кВ защищены на всей своей длине, надежно защищен асинхронный двигатель М1 от многофазных и однофазных замыканий на землю. Также обеспечена защита отходящих линий 0,4 кВ с помощью соответствующих автоматических воздушных выключателей серий «Электрон» и ВА. Защита трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ выполнена с помощью плавких предохранителей, что является очень простым и надежным решением, обладающим малой стоимостью. Дифференциальная продольная защита трансформатора не удовлетворяет основному требованию чувствительности, в связи с чем, рекомендуется построение дифференциальной защиты на реле с торможением. Большинство принятых реле тока и напряжения являются статическими, т.е. не имеют подвижных частей: РС80М, РСТ40, РТЗ51, РН112, РСТ15, что повышает надежность и стабильность работы спроектированной защиты. Защита имеет простую и наглядную схему, пригодную для доловременной эксплуатации.

18. Cписок использованных источников

1. Андреев, В. А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: учебник для вузов/ 6-е изд., стер.– М.: Высш. шк., 2008.– 639 с.: ил.

2. Андреев, В. А. Релейная защита систем электроснабжения в примерах и задачах: учеб. пособие / В. А. Андреев.– М.: Высш. Шк., 2008.– 252 с.: ил.

3. Каталог автоматических воздушных выключателей серии «Электрон» завода ОАО «Контактор».– Режим доступа: www.kontaktor.ru

4. Шабад, М. А. Защита трансформаторов 10 кВ.– М.: Энергоатомиздат, 1989.– 144 с.: ил.

5. Каталог предохранителей типа ПКТ Курского электроаппаратного завода.– Режим доступа: www.keaz.ru.

6. Шабад, М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография/ М.А. Шабад.– СПб.: ИЭИПК, 2003.– 4-е изд, перераб. и доп.– 350 с.: ил.

7. Каталог реле типа РС80М2,3 группы компаний «Энергоинтеграция».– Режим доступа: transenergy.ru.

8. Каталог трансформаторов тока типа ТОЛ-10 производства ОАО «Свердловского завода трансформаторов тока».– Режим доступа: www.cztt.ru.

9. Каталог реле РП23 производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».– Режим доступа: www.elec.ru.

10. Каталог реле РУ21 производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».– Режим доступа: производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».– Режим доступа: www.elec.ru.

11. Каталог реле РСТ40 производства ООО «Реле и автоматика».– Режим доступа: www.rele.ru.

12. Каталог трансформаторов тока типа ТОЛ-35 производства ОАО «Свердловского завода трансформаторов тока».– Режим доступа: www.cztt.ru.

13. Леньков Ю. А., Хожин Г. Х. Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств электрических станций и подстанций.– Павлодар. Изд-во ПГУ, 2002 – 210 с.

14. Каталог реле РПВ01 производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».– Режим доступа: www.elec.ru.

15. Овчинников В.В. Автоматическое повторное включение.– М.: Энергоатомиздат, 1986.– 96 с.: ил.

16. Каталог вакуумных выключателе типа ВВУ-СЭЩ-35 производства ЗАО "Группа компаний "Электрощит"-ТМ Самара".– Режим доступа: www.electroshield.ru.

17. Каталог трансформаторов тока типа ТЗЛ-1 производства ОАО «Свердловский завод трансформаторов тока».– Режим доступа:

www.cztt.ru.

18. Терминалы релейной защиты синхронных и асинхронных электродвигателей 6-10 кВ, Расчет уставок, Методические указания.– Санкт Петербург, 2012.– Режим доступа: www.mtrele.ru.

19. Техническое описание реле РТЗ51 производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».– Режим доступа: www.cheaz.ru.

20. Техническое описание реле РС80М.– Режим доступа: rzalab.narod.ru.

21. Технические описание реле РН112 производства ООО «Новатек электро».– Режим доступа: www.novatek-electro.com.

22. Техническое описание трансформатора напряжения НОМ10.– Режим доступа: www.forca.ru.

23. Техническое описание реле РСТ15 производства ОАО «Чебоксарский электроаппаратный завод».– Режим доступа: www.elec.ru.

24. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 13Б. Релейная защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов 110-500 кВ: Расчеты.– М.: Энергоатомиздат, 1985,- 96 с., ил.