Проектирование РЗиА системы промышленног электроснабжения

Выбираем  наибольший ток срабатывания защиты.

Ток срабатывания реле считаем по формуле (4)

 

Коэффициент чувствительности

 

Максимальная токовая защита:

По формуле  (7) определяем

 

Ток срабатывания реле

 

Коэффициент чувствительности

 

 

Таблица 3. Защита отходящих фидеров

ПС 35/6 кВ
Ячейка	5	8	10	12
Диспетчерское наименование	Фидер №5	Фидер №8	Фидер №10	Фидер №12	ТСН№1 ТСН№2
МТЗ, А	33,3	111	83,89	136,4	Зашита плавкими  предохранителями ПКТ 101-6-10-40 У3
Ток сраб. Релле, А	3,6	12,21	9,22	3,75
Выдержка времени с МТЗ, сек	0,3	0,3	0,3	0,3
Кч, МТЗ	93	27	36,92	22,7
ТО, А	4226	1486	1204	982
Ток сраб. Реле, А	9,24	30,76	23,24	9,45
Кч, ТО	36	11	14,65	9
Суммарная мощность  КТП (кВт)	250	832	629	1085	40
Iрабочий, А	14	46,6	35,23	60,78	3,83
Точка КЗ	6	34	58	78
3-х фазный ток КЗ, А	3522	1351	1095	893
Коэфициент трансформации тока	10	10	10	40
Коэфициент трансформации напряжения	0,0635	0,0635	0,0635	0,0635

 

Защита понижающего трансформатора ПC 35/6 кВ ТМН-6300/35

Устройство дифференциальной защиты Сириус-Т предназначены для быстрой и селективной защиты от коротких замыканий в трансформаторах, подключаемых к энергосистеме с двух сторон.

Устройство дифференциальной защиты Сириус-Т обладают следующими основными функциями, позволяющими осуществлять:

• Быстродействующая дифференциальная защита трансформатора
• Дифференциальная защита от замыканий на землю (защита от замыканий на землю с торможением (REF)) повышает чувствительность к однофазным КЗ
• Защита по напряжению, частоте, термическая защита и защита от перевозбуждения
• Встроенная резервная МТЗ каждой обмотки;

Таким образом, с помощью одного микропроцессорного блока могут быть выполнены все защитные функции трансформатора, однако, для повышения надежности, защиту вводов целесообразно выполнить на отдельном реле. На этом реле целесообразно выполнить дифференциальную защиту трансформатора и защиту от перегрузки, в случае если  действие последней предполагается на отключение. Прочие органы целесообразно использовать в качестве дублирующей защиты или для вспомогательных целей.

 

Дифференциальная защита от междуфазных КЗ

Рис.1. Тормозная характеристика дифференциальной защиты

 

Она состоит из трех участков.

Участок / I / -начальный ток срабатывания, на нем отсутствует торможение.

Участок / II / - участок с меньшим коэффициентом торможения m₁. Начало его определяется точкой пересечения характеристики: «рабочий - дифференциальный ток» при ТКЗ с односторонним питанием точка окончания и начала следующего задается в виде уставки. Это участок малых токов КЗ где погрешность трансформаторов тока минимальна.

Участок / II / - участок с коэффициентом торможения m₂. Начало его определяется уставкой и он действует до конца характеристики. Характеристика заканчивается при токе I_diff>>> (ток срабатывания отсечки). При токе, большем чем I_diff>>>, защита работает без торможения. Торможение осуществляется арифметической полу суммой токов протекающих по сторонам защищаемого трансформатора. Это приводит к тому, что при КЗ в зоне тормозной ток равен половине дифференциального, а при внешнем КЗ он равен дифференциальному за счет чего увеличивается селективность защиты.

При включении ненагруженного трансформатора, ток включения может принимать  значения, в несколько раз превышающие  номинальный ток этого трансформатора. Для предотвращения ложной работы дифференциальной защиты от броска тока намагничивания используется блокировка дифференциальной защиты по току 2й гармоники, так как ток включения трансформатора содержит значительную часть высших гармоник с двойной частотой сети.

Расчет уставок ДТЗ трансформатора

 

Параметры трансформатора ТМН-6300/35

S_ном=6,3 МВА      U_ном=35/6 кВ

РПН-∆U=9% на стороне 35 кВ.

U_кз=11,6%

 

Таблица 4. Параметры трансформатора

Наименование величин	Формула для определения	Числовые значения для сторон
		35 кВ	6 кВ
Номинальный ток		104,05	606,94
Схема соединения обмоток		Y	∆
Схема соединения ТТ		∆	Y
Коэффициенты трансформации ТТ		300/5	1000/5
Коэффициент схемы		1,73	1
Вторичные токи в плечах		3,01	3,035

 

Выбор параметров первого  участка тормозной характеристики

 

1. Отстройка от расчетного первичного тока небаланса в режиме внешнего КЗ, соответствующего началу торможения.

; 

где  k_отстр =1,5;  ε=10% ;  k_одн=1; k_пер=1 (17)

2. Отстройка от токов небаланса, обусловленных:

• Броском тока намагничивания
• Погрешностью ТТ
• Работой РПН

; (18)

Принимаем

 

Выбор параметров второго  участка тормозной характеристики

 

1. Ток начала торможения примем

; (19)

2. Определим коэффициент торможения:

;  (20)

где ; (21)

; (22)

 

Выбираем  минимальную m₁=20%

 

 

 

Выбор параметров третьего участка тормозной характеристики

 

Определим коэффициент  торможения:

; (23)

где  (24)

;

; (25)

 

; (26)

 

Выбираем m₂=50%

 

Проверка чувствительности ДЗТ

 

Режим 1: КЗ на стороне 35 кВ трансформатора Т-1.

;

;

; (27)

Режим 2: КЗ на стороне 6 кВ трансформатора Т-1.

;

;

;

 

 

Расчет параметров МТЗ  трансформатора

 

Ток срабатывания МТЗ находится из условия возврата токовых реле при максимальной нагрузке:

; (28)

где k_н. коэффициент надежности – 1,2;

k_сз - коэффициент самозапуска можно принять равным 2,5

максимальный рабочий ток трансформатора.

коэффициент возврата защиты: он составляет для микропроцессорных защит 0,95.

Максимальный  ток нагрузки с учетом самозапуска, которого необходимо отстроить МТЗ, обычно определяется из рассмотрения трех видов нарушения: отключение параллельно работающего трансформатора, включение трансформатора от АПВ на неотключенную нагрузку,   автоматическое   подключение  нагрузки  при действии АВР в случае исчезновения напряжения на соседней секции. В двух первых случаях I_сз. определяется по выше указанной формуле. В третьем случае I_сз определяется по выражению

; (29)

где . и . - максимальные значения токов нагрузки секций: 1- от которой при действии АВР подается напряжение и 2 - на которую подается напряжение.

Защита срабатывает  по Т-1

Коэффициент чувствительности при КЗ в конце  защищаемого участка определяется по формуле:

; (30)

где - - минимальное значение тока при КЗ на стороне НН трансформатора;

Выдержка  времени выбирается из условий селективности  на ступень выше наибольшей выдержки времени t_n РЗ присоединений, питающихся от трансформатора:

;  (31)

Выдержка  времени МТЗ с ограниченно  зависимой характеристикой выбирается из условия  в предположении, что ток в реле равен току КЗ, проходящему через трансформатор в случае повреждения в начале ЛЭП, питаемой трансформатором. Защиту с ограниченно зависимой характеристикой следует применять в тех случаях, когда посредством ее удается ускорить отключение повреждения в трансформаторе или на шинах.

 

Максимальная токовая защита с  пуском по напряжению

 

    В ряде случаев не  удаётся выполнить достаточно  чувствительную защиту только  по току особенно на подстанциях питающих двигательную нагрузку. Для повышения чувствительности можно применить защиту с блокировкой по напряжению.

    Наличие комбинированного  пускового органа по напряжению  позволяет выбрать ток срабатывания  защиты без учёта перегрузки  трансформатора по условию:

; (32)

 

где k_отс принимается равным 1,2, а k_в=0,95.

Напряжение  срабатывания защиты определяется по следующим условиям:

1. для минимального реле напряжения, включенного на междуфазное напряжение, исходя из обеспечения возврата реле в условиях самозапуска после отключения внешнего короткого замыкания – по выражению:

; (33)

2. отстройки от напряжения самозапуска  _сзп при включении от УАПВ или УАВР заторможенных двигателей нагрузки - по выражению:

; (34)

В ориентировочных  расчётах напряжение U_{раб.мин} принимают равным (0,9…0,85)U_ном, а напряжение U_сзп – равным примерно 0,7U_ном, k_omc -коэффициент отстройки, равный 1,2;

 k_в - коэффициент возврата, равный 0,95.

Выбор уставок защиты от перегрузки.

 

Ток срабатывания  защиты от перегрузки определяется по формуле:

;  (35)

k_отс. – коэффициент отстройки, принимается равным 1,05.

I_ном – номинальный ток стороны трансформатора, где установлена защита, с учетом регулирования на данной стороне,  принимается равным номинальному току ответвления с наибольшим током.

k_в – коэффициент возврата устройства, принят равным 0,95.

Время срабатывания защиты от перегрузки во избежание ложных сигналов должно  превышать время работы защиты и  восстановления нормального режима действием автоматики, снижения пускового  тока нагрузки до номинального. Общепринятая в ряде энергопредприятий выдержка времени: 9 сек. Она ставится одинаковой на всех устройствах сигнализации, не имеющих специальных требований к выдержке времени.

 

 

 

 

 

Газовая защита

 

Некоторые мощные электрические аппараты в процессе эксплуатации выделяют значительное количество тепла, в результате чего воздушное  охлаждение таких устройств оказывается  недостаточно эффективным. В этих случаях  для охлаждения эти аппараты (к  ним могут относиться трансформаторы, автотрансформаторы, реакторы) помещают в бак, заполненный трансформаторным маслом, которое естественным или  принудительным образом охлаждает  эти устройства. Кроме того, масло  дополнительно служит для повышения  уровня изоляции обмоток трансформаторов.

Использование масла решает проблему охлаждения, однако создаёт новую проблему, связанную  с повышенной опасностью эксплуатации электрического аппарата. В случае повреждения токоведущих частей (например, при коротком замыкании  между обмотками трансформатора), масло начинает нагреваться, происходит усиленное газообразование, резко  поднимается давление масла в  баке, что может привести к взрыву, сопровождающемуся пожаром. Для  предупреждения таких повреждений  применяется газовая защита.

Согласно  ПУЭ газовая защита устанавливается  в обязательном порядке на трансформаторах  мощностью 6,3 МВА и более, шунтирующих  реакторах на напряжении 500кВ, трансформаторах  мощностью 630 кВА, если они располагаются внутри помещений.

Газовая защита может использоваться для включения  системы пожаротушения трансформатора.

Данная защита реагирует на повреждения, связанные  с повышением температуры в баке трансформатора, чем выгодно отличается от других типов защиты, которые  в ряде случаев могут и не сработать. Например, во время небольших замыканий, связанных с дефектами сборки или повреждениям от вибрации, температура  начинает расти, хотя токи, протекающие  через обмотки

 трансформатора, недостаточно  велики, чтобы начала работать  дифференциальная защита, или МТЗ.  Это преимущество помогает значительно  сократить время ремонта электрического  аппарата, так как отключение  происходит раньше, чем авария  приведёт к серьёзным повреждениям. Так же, при междуфазных замыканиях  в обмотках трансформаторов в  его цепях не происходит изменения  тока, поэтому дифференциальная  защита такого повреждения не  уловит и не сработает, в  отличие от газовой защиты, реагирующей  на повышение температуры масла  в баке.

Следует отметить, что газовая защита — одна из немногих, после которых не допускается  действие АПВ, так как в большинстве  случаев отключаемые ей повреждения  оказываются устойчивыми.

Газовое реле типа РЗТ-50 (двухпоплавковое) предназначено для коммутации сигналов: - «ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ» - при возникновении неисправности в работе защищаемого аппарата; - «ОТКЛЮЧЕНИЕ» - при потере жидкости или при превышении скорости жидкости в соединительном трубопроводе выше заданного порогового значения. Номинальной рабочей жидкостью для реле является трансформаторное масло.