Шабад Расчёты РЗА распредсетей 2012

170

где Uном – номинальное междуфазное напряжение сети (табл. В.1).

По сравнению с расчетом методом наложения расчет по формуле (2.9) дает

небольшое увеличение значения I(3)к.макс, что создает расчетный запас.

Приведение I(3)к.макс.ВН к нерегулируемой стороне НН следует производить не по среднему коэффициенту трансформации трансформатора, а по минимальному, соответствующему тому же крайнему положению РПН, при котором вычислялся этот ток:

Вычисление минимального тока КЗ I(3)к.мин следует производить при наибольшем сопротивлении питающей системы в минимальном ее режиме (хс.мин ) и наибольшем сопротивлении рассматриваемого трансформатора, вычисленном с помощью выражения (2.8) или (2.8а). Значения ЭДС питающей системы на стороне ВН защищаемого трансформатора при точном расчете токов КЗ также должны быть получены из электрических расчетов сети. Но поскольку это достаточно трудно выполнимо, для практических расчетов I(3)к.мин также можно воспользоваться методом наложения.

В целях упрощения практических расчетов вычисления для выбора уставок релейной защиты понижающих трансформаторов с РПН можно производить по выражению:

где Uмакс.ВН = Uср.ВН (1 + U РПН ), но не более Uмакс.(табл. В.1). При определении методом наложения минимально возможного тока КЗ за трансформатором ток нагрузки

в доаварийном режиме считается равным нулю.

16 МВ А; (115 9 1,78%) кВ/11 кВ известны uк.ср = 10,5%; uк.мин = 10%;

uк.макс = 11%. Сопротивления питающей системы хс.макс = 10 Ом; хс.мин = 20 Ом,

приведенным к напряжению 110 кВ. Необходимо определить I(3)к.мин., I(3)к.макс при трехфазном КЗ за трансформатором. Для этого с помощью выражений (2.7) и (2.8а)

определяются сопротивления трансформатора:

Приближенный расчет тока самозапуска нагрузки для трансформаторов с большим диапазоном регулирования напряжения (РПН). Максимальный ток самозапуска, проходящий по регулируемой стороне ВН трансформатора с РПН

где х п.сум – сопротивление заторможенной нагрузки, приведенное к стороне ВН при минимальном коэффициенте трансформации трансформатора:

Сопротивление обобщенной нагрузки (х нагр = 0,35), отнесенное к номинальной мощности трансформатора с РПН и минимальному напряжению его стороны ВН (при

Здесь необходимо отметить, что имеющийся при расчете по формуле (2.13) расчетный запас учитывает, в частности, возможное увеличение тока самозапуска в случае автоматического включения под нагрузку находившегося в резерве трансформатора, у которого в этот момент регулятор РПН находится в крайнем «минусовом» положении, не соответствующем более высокому напряжению на выводах ВН.

Продолжая пример с трансформатором 16 МВ А, определяем величину Iсзп.макс.ВН по (2.13) при условии, что трансформатор может работать с полной

нагрузкой и что нагрузка может быть представлена как обобщенная с х нагр = 0,35 (при отсутствии высоковольтных двигателей):

По отношению к номинальному току трансформатора при этом же положении регулятора РПН Iном.тр.макс = 85 А , коэффициент самозапуска kсзп = 235/85 = 2,76. По току самозапуска определяется ток срабатывания максимальной токовой защиты без пуска по напряжению, установленной на стороне ВН, по условию (1.1). Для условий этого примера Iс.з = 352 А при kн = 1,2; kв = 0,8. При nт = 150/5 и схеме

соединения трансформаторов тока в треугольник Iс.р = 20 А.

По табл. 2.1 Iр = 1,5I(3)к/nт= 1,5 545/30 = 27 А. Коэффициент чувствительности этой защиты kч = 27/20 = 1,35 1,5 [1].

Для сравнения выполнив тот же расчет, но без учета влияния РПН на сопротивление трансформатора , получим значительно более высокий коэффициент чувствительности. Таким образом, наличие РПН приводит к существенному

увеличению значения и уменьшению , а следовательно, к снижению чувствительности максимальной токовой защиты трансформатора. Поэтому для трансформаторов с РПН, питающих нагрузку типа обобщенной или тем более высоковольтные двигатели, участвующие в самозапуске, оказывается необходимым, как правило, выполнять токовую защиту с пуском по напряжению.

Особенности согласования по току максимальных токовых защит трансформаторов с предыдущими защитами при наличии РПН. Как уже отмечалось, при изменении напряжения на стороне ВН в сторону уменьшения ток на этой стороне увеличивается, а на стороне НН – остается неизменным. В связи с этим

следует принимать несколько большие значения коэффициента kн.с в выражении (1.2). В рассматриваемых случаях этот коэффициент должен быть увеличен в k раз:

Однако для трансформаторов, выполненных по ГОСТ 11677-85, при использовании всех отрицательных ответвлений обмотки РПН с номинальными

напряжениями – 5% и ниже номинальный ток не должен превышать 1,05 номинального тока стороны ВН. При этом условии k = 1,05 (табл. 2.4).

173

Время срабатывания максимальных токовых защит (tc.з) понижающих трансформаторов. Оно определяется из двух условий:

а) селективность с защитами предыдущих и последующих элементов (§ 1.1); б) стойкость трансформатора при внешних коротких замыканиях.

По второму условию (ГОСТ 11677-85, ГОСТ Р52719-2007) наибольшая продолжительность короткого замыкания на зажимах трансформатора не должна

превышать значения tк макс:

4 с – при КЗ на сторонах с номинальным напряжением 35 кВ и ниже; 3 с – при КЗ на сторонах с номинальным напряжением 110 кВ и выше,

где наибольшая продолжительность короткого замыкания tк макс определена при

наибольшем установившемся при КЗ Iк отв..макс в А. Последний определяется при КЗ за трансформатором при минимальном сопротивлении трансформатора соответствующем

При этом, наибольшее допустимое значение продолжительности tк должно быть больше 15 с.

Эти указания ГОСТ 11677-85 распространяются на трансформаторы, выпускаемые с 1 июля 1976 г. Для трансформаторов, выпущенных ранее, следует руководствоваться указаниями ГОСТ 11677-65 и .

Токовая отсечка на трансформаторах. Она выполняется, как правило, по схеме неполной звезды (рис. 2.1, б) с двумя реле. Условия расчета отсечки рассмотрены в главе 1. Определение максимального тока при КЗ за трансформатором с РПН производится по формуле (2.9).

Примеры расчета максимальной токовой защиты, токовой отсечки и специальной токовой защиты нулевой последовательности трансформаторов со схемами соединения обмоток и

6(10)/0,4 – 0,23 кВ.

Пример 1. Выбираются уставки максимальной защиты, токовой отсечки на стороне 6 кВ и специальной защиты нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ

приятия (рис. 1.52).

Решение. Рассчитываются токи при трехфазном КЗ: на стороне 6 кВ – 4900 А; на стороне 0,4 кВ – 1400 А, приведенных к напряжению 6 кВ.

Рассчитывается коэффициент самозапуска обобщенной нагрузки: kсзп = 2,5. Выбирается ток срабатывания максимальной защиты на стороне 6 кВ,

выполненной по схеме неполной звезды с двумя реле РТ-85, дешунтирующими соответственно два ЭО (табл. 2.2). По условию (1.1) ток срабатывания защиты должен

175

Рис. 2.6. Схема включения реле тока 1–3 и 6 защит (а) трансформатора с соединением обмоток и векторные диаграммы (б) полных токов при однофазном КЗ фазы В на стороне 0,4–0,23 кВ к примеру 1

Проверяется чувствительность максимальной защиты трансформатора, выполненной по схеме неполной звезды (рис. 2.6, а).

При двухфазном КЗ за трансформатором. Расчетный ток в реле (табл. 2.1):

низшим напряжением 0,23–0,4 кВ наименьший коэффициент чувствительности может быть около 1,5 [1]. Однако учитывая большую вероятность возникновения КЗ через переходное сопротивление и уменьшения из-за этого значения тока КЗ, рассчитанного без переходного сопротивления, весьма желательно обеспечивать более высокий коэффициент чувствительности защиты. В ГОСТ 28249-93 приводится методика определения тока КЗ с учетом переходного сопротивления на стороне 0,4 кВ при помощи коэффициентов снижения kс. Значения kс находятся в пределах 0,5–0,8 и, следовательно, желательно обеспечивать коэффициент чувствительности максимальной защиты трансформаторов 10/0,4 кВ и 6/0,4 кВ более 1,5. Однако при большой

176

рабочей нагрузке и большом значении токов самозапуска токи срабатывания МТЗ оказываются весьма велики (в данном примере 345% Iном.тр). Наиболее целесообразным считается выполнение отдельной резервной защиты для подобных трансформаторов, которая по принципу действия не срабатывала бы при токах самозапуска нагрузки. Создать такую полноценную защиту на аналоговых реле не удалось. Ведутся разработки цифровой чувствительной защиты, которая была бы отстроена от токов самозапуска нагрузки (двигательной) по принципу действия [18].

При однофазном КЗ за трансформатором (рис. 2.6). Расчетный ток в реле

(табл. 2.3) определяется по току однофазного металлического КЗ, который вычисляется без учета сопротивления питающей энергосистемы до места включения трансформатора и без учета переходного сопротивления в месте КЗ [1]:

больше, чем z1тр. Это объясняется тем, что при однофазном КЗ на стороне низшего напряжения 0,4 кВ, благодаря глухозаземленной нейтрали на этой стороне, в обмотке 0,4 кВ трансформатора протекают токи прямой, обратной и нулевой последовательностей (рис. 2.4, а), в то время как в обмотке 6 (10) кВ только токи прямой и обратной последовательностей. В результате токи нулевой последовательности являются целиком намагничивающими токами. Магнитные потоки, создаваемые этими токами, во всех стержнях магнитопровода направлены в одну сторону и поэтому замыкаются через стенки бака, изолирующую среду, стяжные болты, что и определяет высокое значение сопротивления намагничивания этих трансформаторов, а следовательно, и

z0тр по сравнению с z1тр. Соответственно и ток Iк(1) имеет в несколько раз меньшее

значение, чем ток трехфазного КЗ. По этой же причине (z0тр z1тр) в выражении (2.18) не учитывается сопротивление питающей системы, которое обычно имеет небольшую величину по сравнению с сопротивлением трансформатора при

177

напряжение (230 В для рассматриваемой сети 0,4−0,23 кВ). Значения сопротивлений

13 z(1)тр , отнесенные к напряжению 0,4 кВ, даны в приложении.

565 А, приведенным к напряжению 6 кВ, т.е примерно в три раза меньше, чем при трехфазном КЗ.

Из табл. 2.3 и рис. 2.6 видно, что расчетные токи в реле максимальной защиты, установленной на стороне 6 кВ, при однофазном КЗ на стороне 0,4 кВ будут равны: при двухрелейной схеме защиты (реле 1, 2):

ливается специальная защита нулевой последовательности на стороне 0,4 кВ (реле 6 на рис. 2.6, а), предназначенная для работы при однофазных КЗ на землю[1].

Выбираются ток и время срабатывания специальной защиты нулевой последовательности на стороне 0,4 кв. Ток срабатывания выбирается по следующим условиям:

а) отстройка от наибольшего допустимого тока небаланса в нулевом проводе

б) согласование чувствительности и времени с характеристиками защитных устройств электродвигателей и линий 0,4 кВ, не имеющих специальных защит нулевой последовательности, т. е. согласование с характеристиками предохранителей или максимальных расцепителей автоматов.

в) обеспечение достаточной чувствительности при однофазных КЗ на землю на

стороне 0,4 кВ защищаемого трансформатора (kч.осн 2). Следует также обеспечить резервирование защитных устройств элементов 0,4 кВ.

Для условий рассматриваемого примера Iном.тр = 1450 А, приведенным к напряжению 0,4 кВ. По условию п. «а» Iс.з. = 0,5 1450 = 725 А. По условию п. «б» ток срабатывания защиты надо выбрать таким образом, чтобы обеспечить ступень селективности с характеристиками защитных устройств элементов 0,4 кВ, не имеющих специальных защит нулевой последовательности.

На рис. 2.5, б построены защитные характеристики 1 наиболее мощных элементов 0,4 кВ, защита которых может осуществляться с помощью предохранителей (Пр) или автоматов (Ав). Очевидно, что по условию п. «б» следует принять ток срабатывания

защиты нулевой последовательности 2 равным Iс.з. 3300 А при tс.з = 0,6 с (рис. 2.5, б). При этом коэффициент чувствительности для основной зоны защиты

уставки для защиты нулевой последовательности (реле 6 на рис. 2.6, а) ни в коем случае нельзя принять как рабочие. Во-первых, время срабатывания этой очень

важной защиты не следует устанавливать более 0,3 с, так как опыт эксплуатации показывает, что в сетях этого класса напряжения однофазное КЗ на землю существует лишь в короткий момент времени, а затем здесь происходит междуфазное КЗ и, следовательно, ток нулевой последовательности исчезает и защита с реле 6 не может сработать. По этой же причине нежелательно выполнять реле 6 с обратнозависимой времятоковой характеристикой, например типа РТ-80 (как это, к сожалению, встречается на практике).

Наряду с этим очень большое значение тока срабатывания выбранное по условию согласования чувствительности (3300 А), делает эту защиту малоэффективной, хотя, как известно, однофазные КЗ на землю являются наиболее частым видом повреждения и надо стремиться к их быстрому отключению до возникновения междуфазного КЗ в этой же точке. Следует помнить, что защита нулевой последовательности («земляная») не требует отстройки от симметричных токов пуска и самозапуска двигательной нагрузки и загрублять эту защиту нецелесообразно.

Каков же путь для уменьшения тока срабатывания «земляной» защиты (реле 6 на рис. 2.6, а). Во-первых, снижение тока срабатывания рассматриваемой защиты может быть достигнуто путем выполнения на всех или хотя бы на наиболее мощных элементах 0,4 кВ (электродвигателях и линиях, питающих электродвигатели) специальных защит нулевой последовательности от КЗ на землю, (земляных), которые

могут иметь небольшие токи срабатывания (100–200 А), поскольку не должны отстраиваться от режимов перегрузки. Они действуют без выдержки времени. Надо отметить, что этот путь наиболее целесообразный для российских условий. Хотя он требует определенных затрат, но они, безусловно, окупятся, о чем свидетельствует многолетний опыт эксплуатации электроустановок. Второй путь состоит в том, чтобы используя «Правила» [1], не согласовывать рассматриваемую защиту нулевой последовательности с защитами отходящих элементов 0,4 кВ, т.е. допускать неселективное отключение трансформатора 6/0,4 кВ или 10/0,4 кВ при однофазном КЗ через переходное сопротивление на каком-либо из этих элементов 0,4 кВ. Коэффициент чувствительности в зоне резервирования в этом примере не рассчитывается.

Выбирается ток срабатывания отсечки на реле РТ-85. По выражению (1.11)

Iс.о 1,6 1400 = 2200 А, где kн = 1,6. Кратность отсечки 2200/330 6,7, что может быть выполнено на реле этого типа. Коэффициент чувствительности при

двухфазном КЗ в месте установки отсечки kч(2) = 0,865 4900/2200 = 1,93 2, что

соответствует «Правилам» [1]. При выполнении отсечки на реле другого типа, обеспечивающих более высокую точность, например РТ-40, можно принять меньшее значение: kн = 1,3 1,4, и тогда Iс.о = 1850 А, kч(2) = 2,3 2.

Достаточно чувствительная токовая отсечка необходима для быстрого отключения КЗ на выводах 6(10) кВ и частично в самом трансформаторе, а также для снижения времени действия защит питающих элементов.

Защита 4 питающего фидера должна иметь независимую от тока характеристику, чтобы tс.з4 0,4 0,5 с (рис. 2.7).

179

Защита 4 имеет достаточную чувствительность в основной зоне: kч( .2осн) = 0,865

4900/2860 1,5.

Рис. 2.7. Схема с указанием типов защит и уставок к примеру 1

При выполнении отсечки на реле типа РТ-40 Iс.з4 = 1,3 1850 = 2400 А и чувствительность защиты 4 оказывается более высокой: kч(2).осн = 1,77; kч(2).рез 1,2. Но

повреждения за трансформаторами не резервируются, что допускается «Правилами»

[1].

Производится расчетная проверка трансформаторов тока, проверка чувствительности реле защиты и ЭО после дешунтирования по условиям (2.2) и (2.2а), а также проверка допустимости применения реле РТ-85 по максимальному значению тока КЗ (частично этот расчет повторяет то, что рассмотрено в главе 1):

1.Проверка на 10%-ную погрешность производится при токе срабатывания отсечки (2200 А); k10 = 1,1 2200/200 = 12,1, чему соответствует допустимое

сопротивление нагрузки zн.доп = 0,7 Ом. Фактическая расчетная нагрузка не превышает 0,7 Ом и в режиме до дешунтирования ЭО погрешность 10%.

2.После дешунтирования ЭО значение zн.расч возрастает на 2,3 Ом (zЭО), становится больше, чем 0,7 Ом и, следовательно, погрешность трансформаторов тока

превышает 10%. Определяется действительная токовая погрешность трансформаторов тока в режиме после дешунтирования ЭО при токе надежного срабатывания токовой отсечки, т. е. при kч Iс.о = 2 2200 = 4400 А, чему соответствует kмакс = 4400/200 =