Шабад Расчёты РЗА распредсетей 2012

110

схеме на рис. 1.38. Защита 4 выполняется по схеме «неполной звезды» на постоянном оперативном токе с реле типа РТ-81 (индукционное).

Решение. Рассчитываются токи КЗ. По заданному значению тока КЗ на шинах 6 кВ ЦП1 (19000 А) определяется сопротивление системы

zc xс = 6300 / ( 3 19000) = 0,192 Ом.

Если задана мощность КЗ на шинах 6 кВ (например, 206 МВ А), то сопротивление системы вычисляется как zc xс = 6,32 / 206 = 0,192 Ом.

Рис. 1.38. Расчетная схема участка кабельной сети к примеру 18:

Т/В – максимальная токовая защита с зависимой характеристикой; ТВ – то же с независимой характеристикой;

ПКТ – плавкие предохранители (токи приведены к напряжению 6 кВ)

111

= 0,516 Ом, где xуд, rуд – индуктивное и активное сопротивления 1 км кабеля.

других точек (рис. 1.38).

Выбирается ток срабатывания максимальной защиты 4 по условию (1.1). Рабочий максимальный ток линии принимается равным длительно допустимому току кабеля [1];

Iраб.макс = 260 А. Учитывая, что линия питает бытовую нагрузку, принимаем по опыту

эксплуатации kсзп 1,2 1,3. Тогда Iс.з 1,2 1,25 260 / 0,8 500 А. Ток

срабатывания защиты 4 по условию согласования чувствительности с защитой 2 при удаленном КЗ в сети РТП2:

Iс.з 1,3 (360 + 60) = 540 А,

где 60 А суммарный рабочий ток неповрежденных элементов, определяется как 0,7

от суммы номинальных токов двух трансформаторов мощностью по 400 кВ А каждый на РТП1 (рис. 1.38) в связи с тем, что они резервируют друг друга.

Определяется ток срабатывания реле защиты 4: Iс.р = 540 1 / 60 = 9 А, где kсх = 1, а nт = 300/5 (рис. 1.38). Уставка 9 А на реле РТ-81/1 имеется.

Определяются коэффициенты чувствительности защиты 4: в основной зоне

kч.осн = 0,865 3500 / 540 = 5,6 > 1,5; в зоне резервирования при КЗ на шинах 6 кВ РТП2 k(2)ч.рез = 0,865 2000 / 540 = 3,2 > 1,2; то же при КЗ за трансформатором Тр1

(или Тр2) мощностью 400 кВ А: k(2)ч.рез = 0,865 710 / 540 =1,14 < 1,2. Здесь

дальнее резервирование не обеспечивается даже при металлическом КЗ, а при КЗ через переходное сопротивление ток КЗ будет иметь еще меньшее значение. В связи с этим «Правила» [1] допускают не резервировать КЗ за трансформаторами относительно малой мощности.

Выбирается характеристика времени срабатывания защиты 4 (реле РТ-80). На карте селективности (рис. 1.39) строятся характеристика срабатывания предыдущей

защиты 2 на реле РТ-80 (360 А; 1,1 с в установившейся части) и расчетная амперсекундная характеристика 1 плавких предохранителей ПКТ-6-80 (номинальный ток 80 А). Расчетная ампер-секундная характеристика смещена вправо на 20% по току плавления по сравнению с типовой характеристикой, приведенной в приложении. Характеристика времени срабатывания защиты 4 должна отвечать следующим требованиям:

1. Ток срабатывания защиты 4 должен быть не менее чем на 10% больше тока плавления предохранителя 1, соответствующего времени действия защиты 4 в

начальной стадии характеристики 4 (около 5 с). При tпл = 5 с ток плавления предохранителей ПКТ-б-80 не превышает 320 А. Выбранный ранее ток срабатывания защиты 4 (540 А) соответствует этому условию.

112

2. Ступень селективности между защитами 4 и 2 при токе Iк(3) = 3500 А должна быть не менее 0,6 с. Поскольку при таком токе реле защит 4 и 2 работают уже в независимой части характеристик, для защиты 4 выбирается характеристика tс.з = 1,7 с в независимой части и наносится на карту селективности (рис. 1.39).

Рис. 1.39. Карта селективности к примеру 18 (расчетная схема на рис. 1.38) Токи приведены к напряжению 6 кВ

3. Ступень селективности между защитой трансформатора с независимой характеристикой (уставки защиты 5: 5000 А и 2,6 с) и защитой 4 должна быть не менее 0,6 с при токе КЗ, равном 5000 А. Это условие выполняется. Таким образом, характеристика времени срабатывания защиты 4 обеспечивает селективность при всех значениях тока КЗ (рис. 1.39). Уставки защиты 4 наносятся на схему сети (рис. 1.38).

В данном примере имеется возможность селективной настройки защиты 3, установленной на приемном конце кабельной линии (рис. 1.38). При КЗ на шинах РТП1 защита 3 сработает раньше, чем защита 4, что облегчит оперативному персоналу

определение поврежденного элемента. Для этого выбранные уставки защиты 4 (540 А; 1,7 с) следует установить на защите 3, а для защиты 4 принять несколько большие: Iс.з4 = 600 А и tс.з4 = 2 с при 800% Iс.з4. Селективность и чувствительность защит при этом сохраняются.

Производится проверка допустимости выбранного времени срабатывания максимальной токовой защиты 4 по условию термической стойкости кабельной линии. Минимальное допустимое сечение кабеля

sмин = 4800 1,8 / 91 = 71 мм2,

где tотк = tс.з4 + tо.в = 1,7 + 0,1 = 1,8 с; 4800 А ток при КЗ в начале линии (рис. 1.38). Сечение кабеля (120 мм2) значительно больше, чем минимально

допустимое (71 мм2), следовательно, выбранное ранее время срабатывания защиты 4 (1,7 с) может быть принято.

Производится расчетная проверка трансформаторов тока защиты 4:

1. Проверка на 10%-ную погрешность: предельная кратность k10 =1,1 3000 /

/300 = 1, где 3000 А значение тока, соответствующее началу независимой части характеристики защиты 4 (рис. 1.39). Допустимое значение сопротивления нагрузки

113

при этом zн.доп = 0,8 Ом. Наибольшая фактическая расчетная нагрузка трансформатора тока для схемы неполной звезды zн.расч = 2rпр + zр + rпер = 2 0,18 +

+ 0,124 + 0,1 = 0,6 Ом, где rпр = 25 / (34,5 4) = 0,18 Ом при l = 25 м, s =

= 4 мм2, провод алюминиевый; zр = 10 / 92 = 0,124 Ом при S = 10 В А для реле РТ-80; Iс.р = 9,0 А (уставка). Фактическое расчетное значение сопротивления нагрузки (0,6 Ом) меньше допустимого (0,8 Ом), и, следовательно, погрешность трансформаторов тока менее 10%.

2. Определение погрешности трансформаторов тока при максимальном токе КЗ в начале защищаемой линии. По кривой предельных кратностей определяется

допустимая предельная кратность k10доп = 13, соответствующая zн.расч = 0,6 Ом. Максимальная кратность тока КЗ 4800 / 300 = 16.

Значение А = 16/13 = 1,2, чему соответствует значение погрешности f 15%, т.е. значительно меньше допустимого (50%).

3. Расчет максимального значения напряжения на выводах вторичной обмотки трансформаторов тока производится при максимальной кратности тока КЗ kмакс = 16

(см. п. 2) U2макс = 2 16 5 0,6 = 70 В, что меньше, чем допускается в настоящее время (1400 В). Таким образом, трансформаторы тока удовлетворяют всем современным требованиям. При выполнении защиты 4 на переменном оперативном токе по схеме с дешунтированием отключающих катушек выключателя (ЭО) с помощью реле РТ-85 должны быть произведены дополнительные расчеты, рассмотренные в примерах 4 и 19.

Пример 19. Производится расчет уставок максимальных токовых защит двух кабельных линий, присоединенных через один выключатель к питающей подстанции ЦП1 (рис. 1.40). Нагрузка бытовая (жилые районы). В отличие от схемы на рис. 1.38 здесь обязательна установка на приемных концах линий максимальных токовых защит 3 и 3 для предотвращения отключения всей линии защитой 4 при КЗ на РП1 или РП2.

Решение. Рассчитываются токи КЗ при питании от ЦП1. Результаты расчета наносятся на схему (рис. 1.40).

Выбирается ток срабатывания защит 3 и 3' по условию (1.1), принимая Iраб.макс = = Iдл.доп [1]. Защита выполнена с двумя реле типа РТ-85 на схеме с дешунтированием электромагнитов отключения. Iс.з 3 = 1,2 1,25 260 / 0,8 500 А.

Выбирается ток срабатывания этих же защит по условию согласования чувствительности с одной из предыдущих защит 1 или 2, которая имеет наибольшие

ток и время срабатывания. Такой защитой в примере является защита 1 (200 А; 0,5 с). Максимальный рабочий ток остальных линий принимается равным 150 А для РП1 и РП2. Ток срабатывания защиты 3 (3 ) по этому условию Iс.з3 1,3(200+150) 460 А.

Ток срабатывания реле защит 3 и 3 Iс.р = 500 / (300/5) = 8,3 А. Для реле типа РТ-85/1 ближайшая большая уставка равна 9 А. Тогда Iс.з3 = 540 А.

Чувствительность защит 3 и 3 , выполненных по схеме с дешунтированием ЭО, проверяется с учетом действительной токовой погрешности трансформаторов тока после дешунтирования ЭО [1]. Для этого прежде всего необходимо произвести расчетную проверку трансформаторов тока.

Проверка на 10%-ную погрешность показывает, что предельной кратности тока k10 = 1,1 3900 / 300 = 14,3 соответствует значение zн.доп = 0,5 Ом. Предельная кратность определяется здесь при токе согласования последующей защиты 4 с

114

предыдущей (проверяемой) защитой 3, т.е. при максимальном значении тока КЗ в месте установки защиты 3 (3900 А на рис. 1.40). В отличие от предыдущего примера реле защиты на переменном оперативном токе располагаются в КРУ в непосредственной близости от трансформаторов тока и сопротивление соединительных проводов обычно не превышает 0,05 Ом. Тогда до дешунтирования ЭО zн.расч = 2 0,05 + 0,124 +

+ 0,1 = 0,324 Ом (см. пример 18). Следовательно, погрешность трансформаторов тока до дешунтирования ЭО не превышает 10% при всех возможных значениях тока КЗ.

Рис. 1.40. Расчетная схема участка кабельной сети к примеру 19

Дополнительно производится расчетная проверка трансформаторов тока на 10%- ную погрешность после дешунтирования ЭО (пример 4). Несмотря на то, что после

дешунтирования ЭО (zЭО 2,3 Ом) погрешность трансформаторов тока может превысить 10%, чувствительность защиты не снижается и возврата реле РТ-85 после

115

срабатывания не произойдет из-за небольшого значения коэффициента возврата электромагнитного элемента этого реле. Для ЭО также обеспечивается высокий коэффициент чувствительности, определяемый без учета погрешности трансформаторов тока. Таким образом, чувствительность защиты и ЭО в режимах до и

после дешунтирования ЭО одинакова: kч.з = 0,865 3900 / 540 = 6 > 1,5; kч.ЭО =

= 0,865 3900 / (5 60) = 11 > 1,8 [1].

Определение коэффициентов чувствительности в зонах дальнего резервирования в данном примере не производится.

Проверяется допустимость использования контактного реле типа РТ-85, для чего определяется максимальное значение тока в реле при КЗ в месте установки защиты:

I2к.макс = 3900 / 60 = 65 А, что меньше допустимого значения 150 А. Следовательно, схема с реле РТ-85 может быть принята.

Выбирается характеристика времени срабатывания максимальной токовой защиты 3 с реле РТ-85. При токах КЗ у шин РП1 и РП2 защиты 3 (3 ) и 1 работают в

независимой части характеристик (наименьшая кратность для 3 равна 3650/ 540 7). Поэтому время срабатывания для защит 3 и 3 выбирается на ступень селективности выше, чем время срабатывания защиты 1 в независимой части характеристики: tс.з 3 =

= 0,5 + 0,6 = 1,1 с (рис. 1.40).

Выбирается ток срабатывания защиты 4 по условию (1.1) для наиболее тяжелого ремонтного режима, при котором РП1 и РП2 питаются по рассматриваемой линии:

Iс.з 4 1,2 1,25 (260 + 260) 1000 А. 0,8

Ток срабатывания этой же защиты для аварийного режима после срабатывания

устройства АВР на РП2 Iс.з 4 kн (kсзп Iраб.макс РП2 + Iраб.макс РП1) = 1,2 (1,25 260 +

+260) 700 А, где kсзп =1,25 при бытовой нагрузке.

Ток срабатывания этой же защиты по условию согласования чувствительности с

защитой 3 (3 ) Iс.з 4 kн.с (Iс.з 3 + Iраб.макс РП2) = 1,3 (540 + 260) 1050 А.

Ток срабатывания реле защиты 4: Iс.р = 1100 / (600/5) = 9,16 А. Для реле РТ-81 ближайшая уставка равна 9 А. Тогда Iс.з 4 =1080 А. Минимальный коэффициент

чувствительности в основной зоне k(2)ч.осн = 0,865 3650 / 1080 3 > 1,5 (до дещунтирования ЭО).

Выбирается время срабатывания и характеристика защиты 4 таким образом, чтобы при максимальном токе КЗ через защиту 3 (3900 А) ступень селективности между этими защитами была не меньше 0,6 с. Подбирается такая характеристика реле

РТ-80, у которой при кратности тока КЗ к току срабатывания 3900/1080 3,6 время срабатывания составляло бы tс.з 4 = tс.з 3 + t = 1,1 + 0,6 = 1,7 с. Можно принять

характеристику с tс.з = 1,6 с при 700% тока срабатывания. Карта селективности строится так же, как в предыдущем примере.

Производится проверка термической стойкости кабеля (так же, как в примере 18), проверка трансформаторов тока, проверка чувствительности реле защиты 4 и ЭО в режиме после дешунтирования ЭО и определение допустимости применения схемы с дешунтированием ЭО по максимальному току КЗ (так же, как для защиты 3 в этом примере).

116

Приближенное определение токов самозапуска промышленной нагрузки.

При расчете максимальных токовых защит линий, питающих промышленные предприятия, важно знать наибольшее значение тока самозапуска Iсзп, по которому определяется коэффициент самозапуска для выражений (1.1) (1.3):

kсзп = Iсзп / Iраб.макс.

Однако практически невозможно определять для каждой питающей линии (или питающего трансформатора) точное значение kсзп, так как его значение зависит от многих факторов: состава нагрузки, пусковых характеристик и напряжения электродвигателей, способа их включения, степени загрузки приводимых механизмов, схемы электроснабжения, длительности и степени снижения напряжения при перерыве питания или при КЗ и т.д. Поэтому при расчетах токов срабатывания максимальных токовых защит линий 10 (6) кВ, питающих промышленную нагрузку (но без электродвигателей напряжением выше 1000 В), либо выбирают в соответствии с

многолетней практикой Iс.з 4 Iном, либо производят приближенный расчет тока Iсзп и

коэффициента kсзп, принимая ряд допущений. Так, в приближенном расчете принимается, что двигатели перед началом самозапуска полностью остановлены (заторможены). Это вполне справедливо при отключении питания на несколько секунд. При более быстром (до 1 с) восстановлении питания ток самозапуска может оказаться

несколько меньше (на 10 20%) рассчитанного для полностью заторможенных двигателей. Ошибка при этом допущении создает расчетный запас при выборе уставок максимальных защит. Другим допущением является разделение подключенной нагрузки на три условные категории:

а) бытовая нагрузка, имеющая в своем составе малую долю электродвигателей,

коэффициент самозапуска для которой по опытным данным принимается kсзп 1,2 1,3;

б) промышленная нагрузка, которую принято называть обобщенная нагрузка или комплексная нагрузка, имеющая в своем составе значительное (более 50%) число электродвигателей 0,4 кВ, но практически не имеющая двигателей 3–10 кВ;

в) электродвигатели 3–10 кВ, одновременно участвующие в самозапуске, каждый из которых учитывается в расчете индивидуальными параметрами.

Ток самозапуска приближенно рассчитывается, как ток трехфазного КЗ за эквивалентным сопротивлением заторможенной нагрузки (одной или всех категорий) в режиме ее самозапуска, считая напряжение источника питания равным среднему

(табл. В.1).

Сопротивление обобщенной нагрузки принимается x*нагр = 0,35 и относится к рабочей максимальной мощности и среднему напряжению питающей линии, на которой установлена рассчитываемая защита. Это сопротивление включает в себя сопротивления понижающих трансформаторов 6/0,4 или 10/0,4 кВ, кабелей 6(10) кВ, а также 0,4 кВ, затормозившихся двигателей и прочей нагрузки 0,4 кВ. Исследования последних лет подтверждают допустимость использования этой величины для приближенных расчетов токов самозапуска на линиях (трансформаторах), питающих современные предприятия, а также сельскохозяйственных потребителей с большой (более 50%) долей низковольтных двигателей, но в основном не имеющих высоковольтных двигателей 6 или 10 кВ, участвующих в самозапуске. В примерах 20 22 рассчитываются токи самозапуска при питании нагрузки по линиям 6 (10) кВ.

Пример 20. Рассчитываются приближенным методом ток и коэффициент самозапуска для выбора уставок максимальной защиты реактированной кабельной линии, питающей обобщенную нагрузку (рис. 1.41).

117

Решение. Для определения сопротивления обобщенной нагрузки в режиме самозапуска в именованных единицах считаем, что мощность нагрузки равна

максимальной рабочей мощности кабельной линии, а Iраб.макс = Iдл.доп (поскольку в данном примере кабель является более «слабым» элементом, чем реактор). Тогда

xнагр = x*нагр Uср / ( 3 Iраб.макс ) = 0,35 6300/ ( 3 260) = 4,9 Ом,

где Iдл.доп = 260 А для кабеля АСБ-3 120 [1]. Ток самозапуска определяется как ток трехфазного КЗ за эквивалентным сопротивлением xэ = xс + xр + xкаб + xнагр=

Рис. 1.41. Схема к примеру 20 расчета тока самозапуска обобщенной нагрузки Сопротивления приведены к напряжению 6 кВ

Коэффициент самозапуска: kсзп = 625 / 260 = 2,4. В этом расчете обязательно определяется минимальное остаточное (начальное) напряжение на шинах приемной подстанции РТП1 в начале самозапуска:

максимальных токовых защит, главным образом трансформаторов. Необходимо отметить, что при не полностью затормозившихся электродвигателях (при быстром восстановлении питания) фактическое остаточное напряжение оказывается выше, чем рассчитанное данным приближенным методом, но ошибка обычно невелика и создает расчетный запас при выборе уставок.

118

Для высоковольтных электродвигателей (3; 6; 10 кВ) пусковые сопротивления определяются индивидуально, поскольку кратности пусковых токов двигателей

колеблются в очень широких пределах (от 5 до 10 и более). Сопротивление полностью остановившегося электродвигателя:

xп = Uном.дв / ( 3 kп Iном.дв),

где Uном.дв, Iном.дв номинальные напряжение и ток двигателя; kп кратность пускового тока двигателя, при проектировании берется по каталогу, в условиях

эксплуатации определяется опытным путем.

Эквивалентное (суммарное) сопротивление нескольких остановившихся электродвигателей:

xп.сум = Uном.дв / ( 3 Iп.сум),

где Iп.сум = (kп Iном) дв1 + (kп Iном) дв2 + + (kп Iном) двN.

Если наряду с электродвигателями подключена бытовая или другая подобная

нагрузка, имеющая почти неизменное сопротивление, то она учитывается с kп 1,2. Если, кроме того, имеется промышленная нагрузка, включенная через трансформаторы 6/0,4 или 10/0,4 кВ, то она представляется пусковым сопротивлением обобщенной

нагрузки x*нагр = 0,35, отнесенным к мощности этих трансформаторов (kп 2,9). Все пусковые сопротивления при расчете считаются параллельно включенными.

Пример 21. Определяется ток самозапуска для схемы из предыдущего примера (рис. 1.41) при условии, что к шинам РТП1 дополнительно подключены два

одинаковых асинхронных электродвигателя. Параметры электродвигателей: Pном =

= 600 кВт; Uном = 6 кВ; Iном = 66 А; kп = 6.

Решение. Определяется суммарное пусковое сопротивление двух электродвигателей 6 кВ:

Iп.сум = 2 kп Iном =2 6 66 = 790 А;

xп.сум = Uном.дв / ( 3 Iп.сум) = 6000 / ( 3 790) = 4,4 Ом.

Определяется пусковое сопротивление остальной нагрузки промышленного типа Максимальный рабочий ток кабельной линии Iраб.макс принимается равным длительно допустимому току кабеля Iдл.доп = 260 А. Максимальный рабочий ток нагрузки

определяется, как Iнагр = Iдл.доп – 2Iном.дв = 260 – 2 66 = 128 А. Сопротивление обобщенной нагрузки при самозапуске :

хэ = 4,4 10 / (4,4 + 10) = 3,06 Ом.

Ток самозапуска:

Iсзп = 6300 / [ 3 (0,145 + 0,58 + 0,152 + 3,06)] = 915 А.

Коэффициент самозапуска: kсзп = 915 / 260 = 3,55.

119

Минимальное остаточное напряжение в начале самозапуска на шинах 6 кВ РТП1 (на зажимах электродвигателей) Uмин = 3 915 3,06 = 4850 В (80% Uном), следовательно, самозапуск обеспечивается.

Пример 22. Определяется ток самозапуска смешанной нагрузки для расчетной схемы, приведенной на рис. 1.42, а, при аварийном отключении выключателя 2 и

работе АВР СВ. В учебных целях нагрузка всех четырех секций (I–IV) принята одинаковой. Двигательная нагрузка 6 кВ (ДН) состоит из двух асинхронных двигателей с параметрами: Pном = 800 кВт; Iном = 91 А; kп = 6,5, и одного

асинхронного двигателя с параметрами: Pном = 500 кВт; Iном = 59 А; kп = 5,6. Обобщенная нагрузка (ОбН) четырех трансформаторов 6/0,4 кВ суммарной

мощностью 4 630 = 2520 кВ А имеет Iном = 240 А, отнесенным к напряжению 6 кВ, kп 1 / 0,35 2,9. Бытовая нагрузка (БН) двух трансформаторов суммарной мощностью 2 100 = 200 кВ А имеет Iном = 18 А. Суммарная максимальная

нагрузка Iсум 500 А (50% Iном одного луча реактора, учитывая, что реакторы находятся в неявном резерве, а перегрузка реакторов не допускается).

Решение. Суммарный ток нагрузки секции II в режиме самозапуска:

Iп.сум = 6,5 91 + 6,5 91 + 5,6 59 + 2,9 240 + 1,2 18 = 2230 А.

Эквивалентное (суммарное) сопротивление нагрузки секции II в режиме самозапуска:

xп.сум II = 6300 / ( 3 2230) = 1,63 Ом.

Сопротивления сдвоенного реактора типа РБАС-6-2 1000 8% определяются в соответствии с выражениями, приведенными на расчетной схеме на рис. 1.42, б:

x1 = − xр mсв = − 0,278 0,46 = − 0,128 Ом,

где mсв = 0,46 коэффициент связи по паспортным данным реактора; сопротивление реактора, отнесенное к Iном одного луча,

x2 = x3 = xр (1+ mсв) = 0,278 (1 + 0,46) = 0,405 Ом.

Из этих выражений видно, что при самозапуске одной секции и прохождении тока самозапуска по одному лучу сдвоенный реактор имеет такое же сопротивление, как одиночный реактор с такими же параметрами (8%, 1000 А): x р = x1 + x2 (3) =

= −xр mсв + xр (1+ mсв) = − xр 0,46 + xр (1+ 0,46) = xр = 0,278 Ом (но при

прохождении токов самозапуска одновременно по двум лучам сопротивление

Определяется ток самозапуска нагрузки секции II (без учета нагрузки работающих секций III и IV):