4. Защита кабельных линий напряжением 6 – 10 кВ

На кабельных линиях напряжением 6 – 10 кВ устанавливают защиты от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы:

- многофазных замыканий;

- однофазных замыканий на землю;

- токов перегрузки.

Необходимо рассчитать уставки МТЗ радиальных кабельных линий 6 – 10 кВ (рисунок 1). Примем исполнение защиты по схеме неполной звезды на постоянном оперативном токе с реле типа РТ – 40 (рисунок 4).

Рисунок 4 – Схема защиты кабельной линии

Выбор уставок МТЗ заключается в определении первичных и вторичных токов срабатывания, времени срабатывания, типов реле, коэффициентов чувствительности. Кроме того, защиты двух последовательно соединенных элементов должны быть согласованы по чувствительности и по времени.

1. Выбирается ток срабатывания МТЗ по условию:

где k_н =1,2 – коэффициент надежности для реле РТ – 40;

k_зп – коэффициент запуска электродвигателя, равный 5,2;

k_в = 0,8 – коэффициент возврата реле РТ – 40;

I_раб.max = I_д.ном = 68,9 А.

Определяется ток срабатывания защиты:

По справочнику выбираем ближайшую уставку 12,5 А на реле РТ – 40.

Определяется коэффициент чувствительности защиты при двухфазном к.з. к точке К₂ в минимальном режиме, когда ток к.з. равен 10452,13 А:

Требование чувствительности выполняется.

Выдержку времени МТЗ отстраиваем от быстродействующей защиты (отсечки) электродвигателя на величину ступени селективности 0,5 секунд.

Следовательно, выдержка времени КЛ принимается равной 0,5 секунд.

Защита от однофазных замыканий на землю

Определяем ток замыкания на землю:

Для защиты используются трансформаторы тока нулевой последовательности типа ТЗЛ с коэффициентом трансформации n_т = 20/5 и реле типа РТ-40 со значением коэффициента надежности k_н =1,2.

Ток срабатывания защиты:

I_сз = k_зап∙ I⁽¹⁾ = 2,5∙10,8 = 27 А, где

k_зап = 2,5 – коэффициент запаса, учитывающий бросок тока в момент замыкания на землю.

Ток срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности при замыкании на землю не нормируется и не определяется. Схема защиты представлена на рисунке 4.

Защита от перегрузки

Для данной линии защита от перегрузки не проектируется, так как такая защита предусмотрена для электродвигателя, подключенного в конце данной линии.

5. Защита силовых трансформаторов

5.1 Дифференциальная защита

Выбираются трансформаторы тока (ТТ) для дифференциальной защиты (ДЗ) трансформатора мощностью 63000 кВА, с соединением обмоток звезда – треугольник. По номинальным токам на стороне высшего и низшего напряжения выбираются соответственно трансформаторы тока с коэффициентами трансформации:

- на стороне высшего напряжения k_ТТВ = 200/5, так как первичный номинальный ток равен:

- на стороне низшего напряжения k_ТТН = 6000/5 , так как вторичный номинальный ток равен

Определяется первичный ток небаланса:

где k_а – коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ, для реле ДЗТ он равен 1;

k_о – коэффициент однотипности схемы, равный 1;

ε = 0,1 – относительное значение тока намагничивания трансформатора тока.

Выбирается ток срабатывания защиты. Этот ток отстраивается для реле ДЗТ только от тока намагничивания силового трансформатора:

I_сзВН = k_н∙ I_1н = 1,36∙158,33 = 215,33 А

Определяется число витков обмоток реле ДЗТ для выравнивания магнитодвижущих сил. Ток срабатывания реле:

Определяется число витков уравнительной обмотки, включенной на ВН:

где F_ср – магнитодвижущая сила, необходимая для срабатывания реле.

Принимаем ближайшее целое меньшее число витков:

Ток срабатывания защиты на стороне НН:

I_срНН = I_сзВН ∙ n = 215,33 ∙ (193,2 / 6,6) = 6303,3 А.

Определяется величина вторичного тока в плечах ДЗ:

• на стороне высшего напряжения

• на стороне низшего напряжения

Определяется число витков уравнительной обмотки, включенной на НН:

Принимается ближайшее целое число витков:

W_НН = 48 витков.

Определяется ток небаланса, обусловленный неточностью установки на коммутаторе реле ДЗТ расчетных чисел витков уравнительных обмоток:

Суммарный ток небаланса:

I_нб = 463,79 + 10,41 = 474,2 А.

Проверяем условие равенства нулю результирующей магнитодвижущей силы реле в режимах нагрузки и внешних КЗ:

I_2н∙ W_НН ≈ I_2в∙ W_ВН ,

4,6∙48 ≈ 6,86∙32,

220,8 ≈ 219,52.

Условие практически выполняется, поэтому окончательно принимаем:

W_ур1 = W_НН = 48 витков, W_ур2 = W_ВН = 32 витков.

Определяется число витков тормозной обмотки:

Окончательно принимается:

W_т = 24 витков.

Определяется коэффициент чувствительности защиты при КЗ в зоне действия защиты, когда ток повреждения проходит только через трансформаторы тока стороны 220 кВ и торможение отсутствует. При этом расчетный ток в реле:

Ток срабатывания реле:

Коэффициент чувствительности:

Коэффициент чувствительности больше требуемого по ПУЭ, равного 2, поэтому данная защита для эксплуатации пригодна.

Схема эксплуатации защиты приведена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Принципиальная схема дифференциальной защиты