Задача №4

Вибрати первинний і вторинний опір спрацьовування й витримки часу для триступінчастого дистанційного захисту, установленого в точці 1 лінії 110 кВ з одностороннім живленням.

Дистанційний орган здійснює першу і другу ступінь захисту, а також пусковий орган, що здійснює третю ступінь захисту, виконаний за допомогою реле повного опору, ввімкненого на лінійну напругу та різницю фазних струмів. Коефіцієнт запасу дорівнює 0,85; коефіцієнт трансформації трансформатора струму К_І = 400/5.

Для пускового органа коефіцієнт запасу з урахуванням самозапуску електродвигуна дорівнює 2; коефіцієнт повернення дорівнює 1,1. Ступінь селективності за часом становить 0,5 секунд. Інші вихідні дані, необхідні для розрахунку зазначені в таблиці 5.5.

Визначити коефіцієнти чутливості другої та третьої ступені захисту при металевому короткому замиканні в кінці лінії, що захищається. Перша ступінь захисту резервних елементів виконана без витримки часу, а витримка часу селективного захисту ліній становить t_Л^III, трансформатора – t_T^III.

Рисунок 4.1 – Схема ділянки електричної мережі до задачі №4

Таблиця 4.1 – Вихідні дані до задачі №4

Літера	Довжина першої лінії L1, км	Довжина другої лінії L2, км	Робочий максимальний струм першої лінії Іроб.макс.L1, А	Переріз S0 проводу L1, мм2	Переріз S0 проводу L2, мм2	tЛIII, c	tTIII, c	Номінальна потужність трансформатору, SТ, кВА
А	100					1,5
К		90	455
О								4000
Р					50
Т							2,3
У				50

Визначимо параметри ліній L1 та L2. З довідника [4] занесемо до таблиці 4.2 значення активного опору R₀ та діаметру d ліній.

Таблиця 4.2 – Параметри повітряних ліній L1і L2

Лінія	Марка проводу	Питомий активний опір R0, Ом/км	Діаметр проводу d, мм	Питомий індуктивний опір X0, Ом/км	Повний опір Z, Ом
L1	АС-50/8	0,595	9,6	0,438	73,88
L2					66,49

Рективний погонний опір X₀ ПЛ визначимо за формулою:

X₀ = 0,1445∙lg

де D_сер – середньогеометрична відстань між проводами фаз (для 110кВ: D_сер = 4м).

Отже,

X₀ = 0,1445 ∙ lg

Повний опір ліній L1і L2 становить:

_{Z L1} =

Z _L2 =

Опір спрацювання першого ступеню вибирається таким, щоб дистанційний орган захисту не спрацьовував при короткому замиканні на шинах протилежної підстанції, в місці підключення трансформатора або за ним, в залежності від наявності вимикача по високій стороні трансформатора. В нашому випадку трансформатор Т підключений до лінії L1 через вимикач, тому вибираємо опір спрацювання першого ступеню наступним чином:

,

де = [0,8…0.85] – коефіцієнт надійності відстройки, який враховує похибки трансформаторів струму і напруги та реле опору KZ;

Z_W = Z_L1 – опір ділянки лінії від місця установки захисту до точки підключення відпайки.

Отже, первинний опір спрацювання першого ступеню захисту становить:

Коефіцієнт трансформації трансформатора напруги становить:

К_U =

Вторинний опір спрацювання захисту (опір спрацювання реле) розрахуємо за формулою:

;

Перша ступінь захисту виконується без витримки часу спрацювання, тобто:

Другий ступінь захисту.

Дистанційний орган другого ступеня не повинен спрацьовувати при коротких замиканнях в кінці першої зони захисту суміжної лінії (в кінці L2), при коротких замиканнях за трансформатором. У відповідності з цими умовами, приймаємо за опір спрацювання захисту найменший з знайдених за наступними формулами:

де = 0,85 – коефіцієнт надійності;

= 0,8 – коефіцієнт надійності, який враховує похибку розрахунків уставок лінії Л2;

= 1 – коефіцієнт струморозподілу;

= ∙Z_L2 – опір спрацювання першої зони дистанційного захисту лінії L2.

Опір спрацювання захисту при відстройці від к.з. за трансформатором відпайки розраховується так:

де Z_T – опір трансформатора.

Для нашого трансформатора маємо наступні дані:

• S_T = 4 МВА;

• U_ВН = 115 кВ;

• u_кз = 10,5 %.

Z_T =

Z_T =

За опір спрацювання другого ступеня захисту приймаємо найменше із двох знайдених значень , тобто =101,23 Ом.

Вторинний опір спрацювання захисту:

Витримка часу другого ступеню захисту повинна бути на ступінь селективності (згідно завдання ) більше часу спрацювання дистанційного захисту першої ступені захисту лінії L2, тобто:

Коефіцієнт чутливості:

Оскільки >1,25, то захист вважається чутливим.

Третій ступінь спрацювання захисту.

Вимірювальним органом третього ступеню захисту являється пусковий орган захисту. Струм спрацювання реле струму пускового органу визначається так само як і для реле максимального ненаправленого струмового захисту. При виконанні пускового органу з використанням ненаправленого реле опору виконується відлаштування від мінімально можливого опору в робочому режимі з урахуванням самопуску електродвигунів навантаження:

де – мінімальна експлуатаційна напруга на шинах підстанції, коли по лінії проходить максимальний струм навантаження;

= [1,2…1,25] – коефіцієнт надійності відстрочки;

= 1,1 – коефіцієнт повернення реле.

Згідно з [8] напруга на шинах підстанції у нормальному режимі не повинна виходити за ± 5% від номінальної напруги, тобто:

U_min = 110 кВ – 5% = 104,5 кВ

Маємо:

Вторинний опір спрацювання захисту:

Якщо третя ступінь представлена максимальним струмовим реле КА, то струм спрацювання вибирається так, як і для МСЗ:

Витримка часу третьої ступені захисту відстроюємо від найбільшого з двох часів – t_Л^III та t_T^III, які за умовою становлять 1,5 с та 2,3 с відповідно. Отже:

Коефіцієнт чутливості:

Оскільки < 1,5, то захист вважається нечутливим.