4.3 Мгновенная токовая отсечка

МТО является основной защитой от КЗ в обмотке статора. Схема защиты должна быть наиболее простой, надёжной и экономичной. Защита выполняется реагирующей на значение тока, протекающего к месту повреждения со стороны питающей сети, и действует без выдержки времени на отключение двигателя от сети, а также и на гашение поля.

Уставка по току мгновенной токовой отсечки отстраивается от пускового тока электродвигателя:

,

где – коэффициент отстройки,

– коэффициент пуска.

Таким образом, получаем:

, А.

МТО имеет независимую от тока характеристику. Постоянная минимальная выдержка времени перед отключением, обусловленная временем срабатывания выключателя, составляет 50 мс.

Проверим чувствительность МТО по формуле:

,

где – ток двухфазного КЗ в минимальном режиме на выводах электродвигателя. Так как кабельная линия, соединяющая двигатель со сборными шинами РП, имеет большое сечение и маленькую длину, а значит и маленькое сопротивление, то:

А.

Тогда:

.

Следовательно, мгновенная токовая отсечка чувствительна к минимальному току двухфазного КЗ на выводах двигателя.

4.4 Защита двигателя от замыканий на землю в обмотке статора

Двигатель подключается к сети через кабельную линию. Трансформаторы тока нулевой последовательности, к которым подключается защита, распола­гаются в распределительном устройстве (см. рисунок 7). В зону действия защиты попадают линия и электродвигатель.

Рисунок 7 – Схема подключения ТТПН

Ток срабатывания защиты от замыканий на землю выбирается из условия отстройки от собственного тока защищаемого присоединения при дуговых перемежающихся ОЗЗ [6, п. 18.1., с. 136-140; 8, п. 22.3.3., с. 55-56]:

,

где – коэффициент надежности срабатывания защиты,

– коэффициент броска тока.

Собственный емкостный ток защищаемого присоединения равен:

,

где А – собственный емкостный ток двигателя(принят по указаниям преподавателя),

А – собственный емкостный ток кабельной линии, соединяющей двигатель со сборными шинами РП (см. п. 3.2.4).

Тогда получим:

А.

Отсюда:

А.

Защита двигателя от замыканий на землю имеет независимую от тока характеристику, срабатывает без выдержки времени и действует на отключение. Постоянная минимальная выдержка времени перед отключением, обусловленная временем срабатывания выключателя, составляет 50 мс.

Проверим чувствительность защиты по формуле:

.

Следовательно, защита двигателя от замыканий на землю в обмотке статора чувствительна к минимальному току замыкания на землю.

4.5 Защита минимального напряжения

Для защиты двигателя используем одноступенчатую защиту минимального напряжения.

Уставка по напряжению настраивается на снижение напряжения до :

,

где – коэффициент отстройки,

– коэффициент возврата реле.

То есть:

, В.

Выдержка времени принимается на ступень селективности больше времени действия быстродействующих защит от многофазных замыканий c.

4.6 Защита синхронного двигателя от асинхронного режима

При возникновении асинхронного режима работы синхронного двигателя (СД) в статоре и роторе возникают колебания (качания) тока (см. рисунок 18). Асинхронный режим может возникать либо при снижении напряжения питания, либо при уменьшении тока возбуждения.

Рисунок 8 – Изменение тока статора СД при асинхронном режиме

Одним из вариантов простой защиты является токовая защита. Она может быть выполнена при помощи токового реле с зависимой от тока выдержкой времени (см. рисунок 9а) или с помощью мгновенного токового реле, действующего на вспомогательное промежуточное реле с замедленным размыканием контактов (см. рисунок 9б). Действие этой защиты основано на том, что она не успевает возвратиться за время Δt спада тока между циклами качаний (см. рисунок 8) и постепенно за несколько периодов качаний набирает время и срабатывает на отключение.

Рисунок 9 – Защита СД от асинхронного режима

На рисунке 10 представлена принципиальная схема релейной защиты синхронного двигателя СДН2-18/64-12.

Рисунок 10 – Принципиальная схема релейной защиты

синхронного двигателя СДН2-18/64-12

5 ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА

5.1 Определение номинального тока СРФ

В данном случае необходимо выбрать трансформатор тока, установленный в начале кабельной линии КЛ СРФ (см. рисунок 4).

Определим рабочий максимальный ток, протекающий в месте установки ТТ(так как нет никаких данных о СРФ, то выберем данную установку произвольно Р_ном=0,6МВА; =0,94):

Учитывая напряжение данного участка и рабочий максимальный ток, примем к установке трансформатор тока ТПОЛ-10-1000/5. Каталожные и расчётные данные сведены в таблицу 13.

Таблица 13

Расчетные данные	Каталожные данные
	ТПОЛ-10-1000/5
Uуст=10 кВ	Uном=10 кВ
Imax=36,9 А	I1ном=1000 А
iуд = 35,15 кА	iдин = 69 кА

Так как источник энергосистема, то действующее значение периодической составляющей тока КЗ останется неизменным, что в первый момент, по по истечении времени ΐ:

I_п,о = I_п,ΐ= I ^(3)А_к.max=12,844 кА;

i_уд= k_у· I_п,о= 1,935·12,844=35,15 кА,

где k_у – коэффициент ударности(для 10 кВ k_у = 1,935)

5.2. Определение вторичной нагрузки трансформатора тока

5.2.1. Определим предельную кратность К₁₀:

К₁₀= ,

Где I_1ном.тт - первичный номинальный ток ТТ; I_1расч - первичный расчетный ток в месте установки ТТ (релейной защиты), при котором должна обеспечи­ваться работа трансформаторов тока с погрешностью не более 10%.

Подбираем кривую предельных кратностей, соответствующую типу трансформатора тока, классу обмотки и коэффициенту трансформации(кривая 1).

Рисунок 11 – Кривые предельных кратностей ТТ ТПОЛ -10

5.2.2. Для наёденного значения К₁₀ по кривой 6 определим допустимое значение сопротивления вторичной нагрузки Z_н.доп.=0,7 Ом.

5.2.3. Определяют расчетную нагрузку Z_н.расч, которая должна равняться или быть меньше допустимой

Z_н.доп ≥ Z_н.расч = R_пр + Z_p + R_конт,

где R_пр – сопротивление соединительных проводов; Z_p – полное сопротивление реле; R_конт = 0,1 Ом – переходное сопротивление контактов.

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому им можно пренебречь и считать, что вторичное сопротивление чисто активное . Вторичная нагрузка r₂ состоит из сопротивления приборов r_ПРИБ, переходного сопротивления контактов r_К и сопротивления соединительных проводов r_ПРОВ:

.

Сопротивление приборов определяется по формуле:

Ом,

где выбрано из каталога

Сопротивление соединительных проводов r_ПРОВ зависит от их длины и сечения. Поскольку на стадии проектирования сечение соединительных проводов нам неизвестно, то проверка трансформатора тока по вторичной нагрузке заключается в определении минимально допустимого сечения проводов.

Чтобы трансформатор тока работал в заданном классе точности, необходимо выдержать условие

.

Приняв r_н.расч = Z_н.доп, определяем допустимое значение r_ПРОВ:

=0,7-0,001-0,1=0,599 Ом

Зная допустимое сопротивление проводов, можно определить сечение соединительных проводов:

, где  - удельное сопротивление материала провода, ; l_РАСЧ – расчетная длина соединительных проводов, м.

В нашем случае во вторичных цепях применяются провода с алюминиевыми жилами длиной l=40 м , удельное сопротивление алюминия  = 0,0283 .

Расчетная длина соединительных проводов l_РАСЧ зависит от схемы включения трансформаторов тока. Так как в цепях 10 кВ трансформаторы тока включены по схеме полной звезды , то l_РАСЧ = l, где l – длина соединительных проводов от трансформатора тока до приборов в один конец.

Сечение соединительных проводов по формуле:

.

Согласно [3] по условию механической прочности сечение алюминиевых жил должно быть не меньше 4 мм². Поэтому в качестве соединительных проводов принимаем контрольный кабель с жилами сечением 4 мм².

Сопротивление соединительных проводов:

R_пр = L / (γ ∙ S )

где L - длина провода (кабеля) от трансформатора тока до реле, м; S - сечение провода (жилы кабеля), мм²; γ - удельная прово­димость, м/(Ом∙мм²), для алюминия - 34,5.

Тогда сопротивление соединительных проводов:

R_пр =

В итоге получаем:

Z_н.доп ≥ =0,001+0,1+0,29=0,391 Ом.

Таким образом выбранный трансформатор тока ТПОЛ-10-1000/5 подходит к использованию.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе выполнения данного курсового проекта были рассмотрены вопросы организации релейной защиты системы электроснабжения, выбора оборудования релейной защиты, расчета уставок срабатывания защит и построения карты селективности.

Также были рассмотрены вопросы организации релейной защиты синхронного двигателя 10 кВ, выбора оборудования для релейной защиты и расчета уставок срабатывания защит.

Кроме того был рассмотрен выбор трансформатора тока и его проверка по допустимой нагрузке.

Стоит отметить, что на начальном этапе выполнения курсового проекта были проведены расчеты токов короткого замыкания, где были рассмотрены особенности расчетов токов КЗ и составления схем замещения в сетях свыше и до 1 кВ.

Релейная защита, описанная в данном курсовом проекте, базируется на современных микропроцессорных устройствах. При курсовом проектировании были использованы современные цифровые терминалы Sepam компании Schneider Electric.

В целом, стоить отметить, что курсовой проект выполнен на достаточно хорошем уровне.