4 РАСЧЕТ РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ ДЛЯ ЗАДАННОГО ФРАГМЕНТА

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ

4.1 Организация релейной защиты

Прежде чем начинать расчет, необходимо рассмотреть организацию релейной защиты заданного фрагмента электрической сети. То есть понять, от каких повреждений нужно защитить элементы системы электроснабжения (СЭС) и какие защиты при этом использовать. Рассмотрим защиту электрической сети напряжением выше 1 кВ.

Система защиты представляет собой цепь из следующих элементов:

- измерительные датчики тока или напряжения, которые выдают данные измерений, необходимые для обнаружения повреждений;

- реле защиты, обеспечивающее постоянный контроль за состоянием электрической сети, вплоть до выработки команд на отключение поврежденных участков сети, и управление через цепь отключения;

- устройства отключения, используемые при устранении повреждений:

– выключатели, блоки «выключатель – плавкий предохранитель», блоки «контактор - плавкий предохранитель».

В схеме защиты указываются устройства защиты от основных видов повреждений, возникающих в сетях и оборудовании: перегрузки; короткие замыкания, междуфазные короткие замыкания и замыкания на землю; повреждения, возникающие во вращающихся машинах.

Реле или устройство защиты, обеспечивающее постоянный контроль электрических величин сети, объединяет простейшие функции, сочетание которых должно быть адаптировано к контролируемым элементам системы элетроснабжения.

4.2 Защита РП

Строго говоря, к защитам установленным в РП, следует отнести:

- защиты, стоящие в конце линии, питающей РП, - на выключателе Q12;

- защиты, стоящие на секционном выключателе Q14;

- защиты, стоящие в начале линий, отходящих от РП (Q15).

4.2.1 Защиты, выполняемые на вводном и секционном выключателях РП. На этих выключателях напряжением 6-10-35 кВ выполняется только селективная по времени защита. Таким образом, для защиты вводов и сборных шин 10 кВ РП применим цифровые терминалы SEPAM S20 (блок 51).

4.3.2 Защита линии, отходящих от РП (линии ВЛ5 и ВЛ6).

На одиночных линиях с односторонним питанием от многофазных замыканий должна устанавливаться, как правило, двухступенчатая токовая защита (селективная токовая отсечка и мгновенная токовая отсечка). Первая ступень может быть выполнена в виде максимальной токовой защиты с независимой или зависимой характеристикой выдержки времени, вторая ступень – в виде токовой отсечки без выдержки времени [6, п.3.2.93].

Для предотвращения излишних срабатываний при отсутствии повреждений в сети селективная защита должна отстраиваться от наибольших токов нагрузки (пиковых токов I_пик) и быть согласованными с защитами нижестоящих участков.

Мгновенная токовая отсечка является быстродействующей максимальной токовой защитой с ограниченной зоной действия. Зона действия отсечки начинается от трансформаторов тока, к которым подключена защита (отходящий выключатель Q16 от сборных шин РП) и зависит от выбора её тока срабатывания I_с.мгн, большим, чем максимальное значение тока КЗ в конце защищаемой линии электропередачи.

Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности. Защита должна обеспечивать отключение поврежденного участка при одно-, двух- и трехфазных КЗ в конце защищаемой линии в сетях с глухозаземленной нейтралью [6, п.3.1.8].

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена в виде [6, п.3.2.96]:

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление),

действующей на сигнал;

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности;

- устройство контроля изоляции; при этом отыскание поврежденного элемента должно осуществляться специальными устройствами; допускается отыскание поврежденного элемента поочередным отключением присоединений.

Для защиты линий применим цифровые терминалы SEPAM S20 с блоками:

- 51, 51N для защиты воздушных линий ВЛ5 и ВЛ6.

4.3 Защита радиальной линии, питающей рп (кл1, кл2).

Защита в начале линии (выключатели Q10, Q11) выполняется одноступенчатой, как правило, в виде селективной защиты с зависимой от тока выдержкой времени. Релейная зщита в конце линии выполняется такой же, что и в начале линии. При этом должна быть выполнена отстройка во времени срабатывания защиты, установленной в начале линии по отношению к защите, стоящей в конце линии.

Защита от однофазных замыканий на землю должна быть выполнена в виде [6, п.3.2.96]:

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на сигнал;

- селективной защиты (устанавливающей поврежденное направление), действующей на отключение, когда это необходимо по требованиям безопасности; защита должна быть установлена на питающих элементах во всей

электрически связанной сети;

- устройство контроля изоляции; при этом отыскание поврежденного элемента должно осуществляться специальными устройствами; допускается отыскание поврежденного элемента поочередным отключением присоединений.

Для защиты линий применим цифровые терминалы SEPAM S20 с блоками: 51, 51N и 49RMS для защиты кабельных линий КЛ1 и КЛ2. Максимальная токовая защита линии (селективная токовая отсечка) от внешних КЗ действует на отключение и является резервной для токовых защит линии при их отказе или выводе из действия. Данную защиту выполним с помощью цифровых терминалов SEPAM (блок 51). Защита от тепловой перегрузки (блок 49RMS) и максимальная токовая защита от замыканий на землю (блок 51N).

Рисунок 4 – Организация релейной защиты

фрагмента электрической сети

4.4 Определение рабочих и пиковых токов

Для определения уставок защит необходимо знать максимальный рабочий ток и пиковый ток протекающие по элементам системы.

По воздушным линиям ВЛ5 и ВЛ6 (см. рис. 4) выполненных АС-3×35 протекает:

А

А

Пиковый ток рассчитаем по формуле [ 1 стр. 24]:

(20)

где коэффициент самозапуска примем равным 2.18.

по формуле 20:

А

Рабочий ток кабельной линии принят равным длительно допустимому току одного из кабелей этой линии [ПУЭ, табл. 1.3.16]. Максимальный рабочий ток кабельных линии КЛ1, КЛ2 выполненных 2×(А-3×150):

А.

А

Ток через секционный выключатель Q14 определим по формуле [ 1 стр. 36 ]:

(21)

А

Как и в рассмотренных выше случаях по формуле (20):

А

Через секционный выключатель Q9 протекает:

(22)

Ток трансформатора Т1 определяется по формуле [1, стр. 54]:

(23)

где номинальная мощность трансформатора

напряжение на низкой стороне трансформатора

А

Тогда по (22):

А

По формуле (20) определяем:

А

На рисунке 5 приведен фрагмент электрической сети с указанием протекающих токов.

Рисунок 5

4.5 Селективная защита для выключателя q15 c зависимой от тока выдержкой времени

Для реализации этой защиты используем ВТХ с зависимой от тока выдержкой времени, чтобы она максимально приближалась к аналогичной защите предохранителя F3.

Защита должна быть отстроена от защиты предохранителя F3.

Отстройка защиты от пиковых токов выполняется по формуле [1 стр. 123]:

(24)

где К_Н.О = 1,05 – коэффициент надежности отключения; К_В = 0,935 – коэффициент возврата. По формуле (24):

Согласования с нижестоящим предохранителем F3[1 стр. 124]:

(25)

где К_Н.С = 1,3 – коэффициент надежности согласования с нижестоящей защитой.

Тогда по формуле (25):

,

Принимаем большую из получившихся уставок .

Сначала выбираем рекомендуемый тип кривой SIT – самую пологую характеристику, для которой коэффициенты аппроксимации равны α = 0,02 и

К =0,14.

Рассчитываем коэффициент [1, стр. 115]:

(25)

В качестве расчетной точки N будем брать десятикратный ток 10∙I_S и соответствующую ему выдержку времени на этой ступени СЭС (см. рис. 4)

Выдержка времени селективной защиты на этой ступени равна t^Q15 =0.6 с, ток срабатывания I_sdQ15 = 90.458 А, I^В = 10∙I_sdQ15 = 904.58 А, кратность тока . Рассчитываем, используя выражение (25), коэффициент:

.

Теперь рассчитаем, используя выражение несколько точек кривой:

(26)

. Для кратности тока

.

Так как характеристика селективной защиты пересекает время-токовую характеристику нижестоящего предохранителя выберем тип кривой: VIT c параметрами α = 1 и К =13.5. Рассчитываем , используя выражение (25), коэффициент:

.

Для кратности тока

.

Время для остальных кратностей тока рассчитаем аналогично.

Так как характеристика VIT пересекает время-токовую характеристику нижестоящего предохранителя выберем тип кривой: EIT c параметрами α = 2 и К=80. Рассчитываем , используя выражение (25), коэффициент:

.

Для кратности тока

.

Время для остальных кратностей тока рассчитаем аналогично. Время полученное для различных кратностей тока сведем в таблицу 1.

Защита должна быть чувствительна к току при двухфазного КЗ в конце защищаемой линии в минимальном режиме [1 стр. 110]:

, (27)

где I⁽²⁾_к.мин – ток двухфазного КЗ в конце линии для минимального режима работы сети.

По формуле (27):

Защита должна выполнять функцию дальнего резервирования [1 стр. 110]:

, (28)

где I^(2)Д_к.мин – ток двухфазного КЗ в конце самой линии (в точке Д), для минимального режима работы сети.

По формуле (28) рассчитываем:

Таблица 1

Место уста-новки защиты	IР.МАКС А	IПИК, А	IS, А	tS, А	10∙IS, А	Тип кри-вой		tС.З, с, при разных I*, А
								1,1	2	3	6	10	20
Q15	36.95	80.55	90.46	0.6	904.6	EIT	0,202	282.8 99.5	19.8 180.9	7.425 271.4	1.697 542.75	0.6 904.58	0.149 1809.1
Q14	329	717.2	805.4	0.9	8054	SIT	0,303	22.23 885.5	3.04 1610	1.909 2415	1.163 4830	0.9 8054	0.687 16100
Q12	470	1024	1150	1.2	11500	SIT	0,404	29.64 570	3.038 1036	1.909 1554	1.163 3108	1,2 5180	0.916 10360
Г	245	318	357	1,3	3570	SIT	0,438	32,1 393	4,38 714	2,76 1071	1,68 2142	1,3 3570	0,99 7140
В	175	227	255	1,0	2550	SIT	0,337	24,7 280	3,37 510	2,12 765	1,29 1530	1,0 2550	0,76 5100
Б	74	96,2	118	0,7	1080	EIT	0,69	263 130	26,4 236	6,9 354	1,6 708	0,56 1180	–

- Примечание. В числителе показано значение времени срабатывания t_С.З в секундах, в знаменателе – ток I в амперах.

Мгновенная токовая защита. Ток срабатывания с учетом отстройки от максимального тока трехфазного КЗ в конце линии [1 стр. 106]:

(29)

где К_н – коэффициент надежности несрабатывания отсечки. Для микропроцессорных защит и статических реле он составляет 1,15;

По формуле (29) получаем:

А

Чувствительность мгновенной токовой отсечки. Мгновенная токовая отсечка должна чувствовать ток двухфазного КЗ в месте установки защиты при минимальном режиме работы сети. Коэффициент чувствительности отсечки [1, п.3.2.21,пп.8]:

(30)

По формуле (30):