1. Расчет токов кз в точках к1 и к2.

Короткое замыкание – это явление в электротехнике, которое сопровождается замыканием (электрическим соединением) между собой двух или трех фаз, фазы на нулевой проводник, замыкание фазного проводника на землю в сетях с глухозаземленной, а также эффективно заземленной нейтралью в трехфазной сети. Кроме того, коротким замыканием является межвитковое замыкание в электрических машинах.

  Характерные особенности данного процесса – это значительное увеличение тока и падение напряжения. Рост тока происходит до значений, превышающих номинальный в несколько раз.  

 Общепринятое буквенное сокращение данного явления – КЗ. В зависимости от количества замыкаемых фаз различают несколько видов коротких замыканий. Для наглядности изобразим схемы, которые иллюстрируют тот или иной тип КЗ в трехфазной электрической сети.

Вероятность возникновения однофазных коротких замыканий наиболее высока и составляет более 60% от общего количества КЗ. Двухфазные КЗ, в том числе на землю, возникают реже, вероятность возникновения данной аварийной ситуации - 20%. Трехфазные КЗ встречаются достаточно редко, вероятность их возникновения – 10%.

 

1.1.Расчитаем ток кз в точке к1

Составим схему замещения. В схеме учитываем только индуктивные сопротивления элементов (рис. 1а).

Рисунок 2- Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К1.

За базисное напряжение берем высокое напряжение U_б=U_СР.ВН= 115 кВ.

Сопротивление элементов в именованных единицах находим по классическим формулам:

система

(задана мощностью к.з. на шинах системы)

X_с = = 4,8 Ом;

ЛЭП – 110 кВ

X_л1 =X₀·₁= 0,4 * 9 = 3,6 Ом,

X₀= 0,4 Ом/км,l₁- длина ЛЭП – 110 = 9км ;

трансформатор

X_т=*= * = 34,7 Ом;

Результирующее сопротивление в точке К₂с _б = 115 кВ будет равно

X_рез.=X_c+X_л1+X_т= 4,8 +3,6 + 34,7 = 43,1 Ом.

Находим величину тока к.з. в точке К₁с

I_к.з.б.= = 1,54 кА.

Находим реальный ток к.з. в точке К₁на шинах 10 кВ,

I_к.з.к1 = I_к.з.б.·N = 1,54 * 11= 16,94 кА

N трансформатора

1.2. Рассчитаем ток КЗ в точке К2.

Составим схему замещения. В схеме учитываем только индуктивные сопротивления элементов (рис. 1б).

Рисунок 3- Схема замещения для расчета тока КЗ в точке К2.

За базисное напряжение берем высокое напряжение U_б=U_СР.ВН= 115 кВ.

Сопротивление элементов в именованных единицах находим по классическим формулам:

система

(задана мощностью к.з. на шинах системы)

X_с = = 4,8 Ом;

ЛЭП – 110 кВ

X_л3 = X₀·₃ = 0,4 * 2 = 0,8 Ом,

X₀ = 0,4 Ом/км, l₃ - длина ЛЭП – 110 = 2км ;

трансформатор

X_т = *=*= 34,7 Ом;

ЛЭП – 10 кВ

X_{л3 =} (X_0·l₃)·N² = (0,4*2) * 11² = 96,8 Ом;

_,

где N трансформатора

.

Результирующее сопротивление в точке К₂с _б = 110 кВ будет равно

X_рез.=X_c+X_л1+X_т+X_л3.= 4,8 +3,6 + 34,7 + 96,8 =139,9Ом.

Находим величину тока к.з. в точке К₂с

I_к.з.б.= = 0,45 кА.

Находим реальный ток к.з. в точке К₂на шинах 10 кВ,

I_к.з.к2 = I_к.з.б.* N = 0,45 * 11 = 4,9 кА.

Расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ.

Чтобы лучше разобраться в схемном исполнении, принципе работы, расчете и настройке любой релейной защиты, первоначально изучим структурную схему защиты, её составляющие, их назначение и исполнение. Структурная схема всех видов защит и любой сложности одинакова (рис. 2.).

Рисунок 4- Общая структурная схема релейной защиты

Измерительная частьсостоит из основных (измерительных) реле. В зависимости от вида защиты это могут быть реле тока (KA), реле напряжения (KV), реле сопротивления (KZ) и реле мощности (KW). Их задача контролировать электрические параметры защищаемого элемента, сравнивая их с заданными и выдавать соответствующий сигнал логической части.

В логическуючасть входят вспомогательные реле – времени (KT), промежуточные (KL), сигнальные (KH). Реализуя элементарные логические функции «ИЛИ», «И», «НЕ», «Выдержка времени», логическая часть релейной защиты приводит в действие исполнительный орган. При повреждениях (к.з.) происходит отключение выключателяQ, при ненормальных режимах появляется сигнал (звуковой, световой).

Оперативные цепи релейной защиты должны иметь надежный самостоятельный источник питания независящий от состояния электроустановки, где находится защищаемый элемент.

В схемах релейной защиты источником оперативного питания может быть аккумуляторная батарея. Это самый надежный источник, но он требует постоянного технического ухода и значительных финансовых затрат. Применяется на всех электростанциях и мощных трансформаторных подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала в качестве источников оперативного питания (как на постоянном токе, так и на переменном) находят применение блоки питания (БП), электрическая энергия к которым подается от трансформаторов напряжения (TV) и трансформаторов тока (TA), установленных на подстанции; трансформаторы собственных нужд (ТСН) подстанции; специальные батареи конденсаторов (БК).

Информация о токе и напряжении защищаемого элемента поступает к измерительной части релейной защиты от трансформаторов тока (TA) и трансформаторов напряжения (TV).

Распределительная электрическая сеть 6-10 кВ работает с изолированной нейтралью и в ней возможны лишь междуфазные короткие замыкания (К⁽³⁾и К⁽²⁾). Замыкание одной фазы на землю не приводит к аварийному режиму и электроснабжение приемников не нарушается. Появление этого режима неблагоприятно для самой трехфазной распределительной сети (повышение напряжения и появление электрической дуги) и опасность поражения электрическим током людей и животных, находящихся вблизи места замыкания.

Поэтому ЛЭП этого класса имеют самостоятельную защиту от коротких замыканий, как правило, на базе токовых защит (МТЗ и ТО) и защиту от замыкания фазы на землю.

Схемное исполнение и работа МТЗ

Максимальная токовая защита применяется для защиты от токов короткого замыкания на всех элементах СЭС (генераторы, трансформаторы, двигатели и ЛЭП). На защищаемой ЛЭП защита ставиться в начале линии относительно источника питания. Защита работает с выдержкой времени.

Один из схемных вариантов МТЗ для защиты ЛЭП 10 кВ представлен на рис. 3. Эта схема выполнена в так называемом разнесенном виде – измерительная часть (рис. 3, а) и логическая часть с исполнительной (рис. 3, б) отделены.

Измерительная часть состоит из двух трансформаторов тока и двух токовых реле, включенных в так называемую «неполную звезду». Данная схема позволяет контролировать все виды коротких замыканий в ЛЭП 10 кВ.

В нормальном режиме работы ЛЭП ток в измерительной схеме I_р, проходящий через реле токаKA₁иKA₂меньше тока срабатывания этих релеI_сри реле не действует, в этом случае контакты их в логической части защиты разомкнуты, обмотка привода выключателяYATне получает питания и вся схема МТЗ бездействует.

Рисунок 5-Разнесенная схема МТЗ ЛЭП:

а) – измерительная схема МТЗ, б) – логическая и исполнительная часть МТЗ

ТА₁, ТА₂ – трансформаторы тока; KА₁, KА₂ – реле тока; KТ – реле времени; KL – промежуточное реле; KH – сигнальное реле; YAT – катушка отключения

В нормальном режиме работы ЛЭП ток в измерительной схеме I_р, проходящий через реле токаKA₁иKA₂меньше тока срабатывания этих релеI_сри реле не действует, в этом случае контакты их в логической части защиты разомкнуты, обмотка привода выключателяYATне получает питания и вся схема МТЗ бездействует.

При коротких замыканиях на ЛЭП ток через реле I_рвозрастает. Он становится больше тока срабатыванияI_р>I_ср. РелеKA₁иKA₂срабатывают, замыкают свои контакты в логической части и с выдержкой времениt_МТЗполучает питание обмотка отключенияYAT. Выключатель отключает поврежденную ЛЭП.