11.1 Расчет релейной защиты автоматических выключателей трансформаторных подстанций напряжением 10/0,4 кВ

11.1.1 Выбор вводных и секционного выключателей

Вводные Q1, Q3, Q4, Q6 и секционные Q2, Q5 (см. рисунок 11.1) автоматические выключатели должны иметь три ступени защиты:

- защиту от перегруза;

- селективную токовую отсечку (с выдержкой времени);

- мгновенную токовую отсечку (без выдержки времени).

Вводные автоматические выключатели по номинальному току выбираются в зависимости от номинальной мощности S_т.н силовых трансформаторов, их числа и загрузки в нормальном и послеаварийном режимах, т.е. параметры трансформаторов и вводных выключателей строго согласуются. Для двухтрансформаторной подстанции, питающей электроприемники 2-й категории надежности, коэффициент загрузки в послеаварийном режиме К_з.п = 1,4, т.е. номинальный ток выключателя должен быть не менее 140 % номинального тока трансформатора на стороне низшего напряжения.

Номинальный ток трансформатора на стороне НН:

. (11.1)

Для трансформаторов ТМЗ-400:

Следовательно, номинальный ток вводного автоматического выключателя:

I_в.в.н ≥ К_зп ∙ I_тн = 1,4 ∙ 578 = 809 А

Номинальный ток секционных выключателей выбирается 50 % номинального тока вводных выключателей, что соответствует симметричной загрузке секций сборных шин напряжением 0,4 кВ ТП.

I_в.с.н = 0,5 ∙ I_в.с.н ≥ 0,5 ∙ 809 = 405 А

Выбираем автоматические выключатели для трансформаторов ТМЗ-400[8]:

- вводной выключатель Compact NS800b с номинальным током = 800 А;

- секционный выключатель Compact NS630b с = 400А;

Для управления выключателем и защиты электрической сети выберем блок контроля и управления Micrologic 5.0 A [9], осуществляющий три вида токовых защит:

- защиту от перегрузок;

- селективную токовую отсечку;

- мгновенную токовую отсечку.

Стилизованная и типовая время-токовые защитные характеристики блока Micrologic 5.0 A приведены на рисунке 11.2

а)	б)
Рисунок 11.2 – Характеристики блока Micrologic 5.0 A

11.1.2 Расчет уставок (расчет параметров блока Micrologic 5.0 a)

Учитывая, что расчет необходимо проводить снизу вверх, рассмотрим защитные характеристики секционных выключателей, на примере Q5 (ТМЗ-400).

1. Защита от перегрузок.

Максимальный рабочий ток секционного выключателя составляет I_в.с.н = 405А. Уставка защиты от перегрузок I_r может задаваться в пределах (0,4-1,0)∙I_n и регулируется с помощью переключателя I_r (см. рисунок 11.3).

Определим соотношение:

.

Принимаем уставку защиты от перегрузок I_r = 1,0∙I_n = 1,0∙400 = 400А, что соответствует 9-му положению переключателя I_r (рисунок 11.3).

Условные токи несрабатывания защиты от перегрузок:

I_nd =1,05∙I_r

I_nd =1,05∙400 = 420 А

и срабатывания –

I_nd = 1,20∙I_r

I_nd =1,20∙250 = 480 А.

Ближайшая уставка по времени, обеспечивающая селективность защит секционного выключателя с выключателем отходящей линии во всем диапазоне токов перегрузки, получается равной t_r = 8 с при токе 6∙I_r = 2400 А (5-е положение переключателя t_r, рисунок 11.3). При выборе величины уставки по времени было учтено, что аналогичная уставка у нижестоящего выключателя принята 6 с.

Рисунок 11.3 – Фрагмент передней панели Micrologic 5.0 A

Разброс времени срабатывания защиты от перегрузок при:

токе 1,5∙I_r = 600 А составит 140-200 с;

токе 6∙I_r = 2400 А – 6,4-8,0 с;

токе 7,2∙I_r = 2880 А – 4,4-5,5 с.

2. Селективная токовая отсечка.

Выбор уставки срабатывания тока отсечки I_sd и времени t_sd необходимо производить также с учетом защитных характеристик нижестоящих выключателей. Уставка по току может регулироваться в пределах I_sd = (1,5-10)∙I_r, а время срабатывания t_sd =0-0,4 со ступенькой Δt_sd = 0,1 с, примем уставку по току I_sd = 2∙I_r = 2∙400 = 800 А, время t_sd = 0,2 с зоне I_2t On.

Уставки на блоке Micrologic 5.0 A выполняются с помощью переключателей 3 соответственно по току I_sd 2-е положение, а по времени t_sd - 2-е положение в секторе On (см. рисунок 11.4).

Рисунок 11.4 – Переключатели уставок селективной токовой отсечки (3) и мгновенной токовой отсечки (4)

Границы зоны срабатывания этой защиты меняются:

- по току в пределах ±10 % или (0,9-1,1)I_sd:

0,9 ∙ 800 = 720 А и 1,1 ∙ 800 = 880 А;

- по времени t_sd = 0,14-0,2 с [9]

3. Мгновенная токовая отсечка.

Имеет регулируемую уставку по току, связанную с номинальным током выключателя I_i = (2-15) ∙I_n или может быть выведена из работы (см 9-е положение переключателя I_i). Примем 6-ти кратную уставку (4-е положение переключателя I_i), т.е. I_i = 6∙400 = 2400 А. Погрешность срабатывания отсечки составляет ±10 % или ΔI_i =2160-2640 А.

Рассмотрим защитные характеристики вводного выключателя Q4 (Q6)

1. Защита от перегрузок.

Максимальный рабочий ток вводного выключателя равен I_в.в.н = 809А. Уставка защиты от перегрузок I_r может задаваться в пределах (0,4-1,0)∙I_n и регулируется с помощью переключателя I_r (см. рисунок 11.3).

Определим соотношение:

.

Принимаем уставку защиты от перегрузок I_r = 1,0∙I_n = 1,0 ∙800 = 800А, что соответствует 9-му положению переключателя I_r (см. рисунок 11.3).

Условные токи несрабатывания защиты от перегрузок I_nd =1,05∙I_r = =1,05∙800 = 840 А и срабатывания – I_nd = 1,20∙I_r = 1,20∙800 = 960 А.

Уставку по времени вводного выключателя примем равной уставке секционным выключателем t_r = 8 с при токе 6∙I_r = 4800 А (5-е положение переключателя t_r, см. рисунок 11.3).

Разброс времени срабатывания защиты от перегрузок при:

токе 1,5∙I_r = 1200 А составит 140-200 с;

токе 6∙I_r = 4800 А – 6,4-8,0 с;

токе 7,2∙I_r = 5760 А – 4,4-5,5 с.

2. Селективная токовая отсечка.

Выбор уставки срабатывания тока отсечки I_sd и времени t_sd необходимо производить также с учетом защитных характеристик нижестоящего секционного выключателя. Уставка по току может регулироваться в пределах I_sd = (1,5-10)∙I_r, а время срабатывания t_sd =0-0,4 со ступенькой Δt_sd = 0,1 с. После проведенного анализа примем I_sd = 2∙I_r = 2∙800= 1600 А, время t_sd = 0,3 с зоне I_2t On. Уставки на блоке Micrologic 5.0 A выполняются с помощью переключателей 3 соответственно по току I_sd 2-е положение, а по времени t_sd - 3-е положение по часовой стрелке в секторе On (см. рисунок 11.4).

Границы зоны срабатывания этой защиты меняются:

- по току в пределах ±10 % или (0,9-1,1)I_sd:

0,9 ∙ 1600 = 1440 А и 1,1 ∙ 1600 = 880 А;

- по времени t_sd = 0,23-0,32 с [9]

3. Мгновенная токовая отсечка.

Имеет регулируемую уставку по току, связанную с номинальным током выключателя I_i = (2-15) ∙I_n или может быть выведена из работы (см 9-е положение переключателя I_i).

Примем 6-ти кратную уставку (4-е положение переключателя I_i), т.е. I_i = 6∙800 = 4800 А. Погрешность срабатывания отсечки составляет ±10 % или ΔI_i =4320-5280 А.

Результаты расчетов сведем в таблицу 11.1.

Таблица 11.1 – Результаты расчетов уставок автоматических выключателей

Выключатель			Iр.макс, кА		In, кА		Защита от перегруза
							Ir, кА		1,05∙Ir, кА		1,20∙Ir, кА		tr, с		Время срабатывания Δtr, с при значениях тока, кА
Вводной	Q1, Q2	0,809		0,80		0,80		0,84		0,96		8		140-200 1,20		6,4-8 4,80	4,4-5,5 5,76
Секционный	Q3	0,405		0,40		0,40		0,42		0,45		8		140-200 0,60		6,4-8 2,40	4,4-5,5 2,88

Продолжение таблицы 11.1

Выключатель		Селективная токовая отсечка						Мгновенная токовая отсечка
		Isd, кА	ΔIsd, кА	tsd, с	Δtsd, с	Ii, кА			ΔIi, кА
Вводной	Q1, Q2	1,60	1,44-1,76	0,3	0,23-0,32		4,80		4,32-5,28
Секционный	Q3	0,80	0,72-0,88	0,2	0,14-0,2		2,4		2,16-2,64