Упит А.Р., Банкин С.А. Релейная защита и автоматика в системах ЭПП

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет

им. И.И. Ползунова

А.Р. Упит, С.А. Банкин

Релейная защита и автоматика в системах ЭПП

Методические указания для студентов всех форм

обучения для специальности 10.04 «Электроснабжение»

Изд-во АлтГТУ

Барнаул • 2004

УДК 621.316.925.

Упит А.Р., Банкин С.А. Релейная защита и автоматика в системах ЭПП:

Методические указания для студентов специальности 10.04 - «Электро-

снабжение» / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова.- Барнаул: Изд-во

АлтГТУ, 2004. - 51 с.

Цель настоящего пособия - оказать помощь студентам, изучающим

курс «Релейная защита и автоматика в системах ЭПП» (РЗА). Даны ос-

новные расчетные формулы, примеры решения задач, схемные реше-

ния выполнения устройств релейной защиты и автоматики, общие ме-

тодические указания и необходимые справочные материалы.

Исходные данные для выполнения курсового проекта и части диплом-

ного проекта выдаются каждому студенту индивидуально в соответст-

вии с методическими указаниями для выполнения курсового проекта по

РЗА или по заданию руководителя дипломного проекта.

Рассмотрены и одобрены

на заседании кафедры ЭПП.

Протокол № 1 от 19.09.2003 г.

1. Цели и задачи курсового и дипломного проектирования

Задачи, которые необходимо решить при выполнении курсового и ди-

пломного проектов по релейной защите и автоматике, охватывают вопро-

сы защиты электроустановок внутреннего и внешнего электроснабжения

промышленных предприятий. В эти задачи также должен входить выбор и

проектирование таких устройств автоматики, как автоматическое повтор-

ное включение (АПВ), автоматический ввод резерва (АВР), автоматиче-

ская частотная разгрузка (АЧР) и автоматическое повторное включение

после АЧР (ЧАПВ), т.к. принцип выполнения устройств релейной защиты

(РЗ) необходимо производить с учетом решений, принятых для системной

автоматики.

В качестве объектов для проектирования РЗ и автоматики в курсовых

и дипломных работах рекомендуется выполнить защиту и автоматику сле-

дующих объектов:

- высоковольтного электродвигателя;

- цехового трансформатора 6-10 кВ;

- кабельной линии 6-10 кВ;

- силового трансформатора ГПП;

- питающей ЛЭП 35-110-220 кВ;

- выбрать и обосновать устройство АПВ на выключателях ЛЭП

35-220 кВ;

- выбрать схему АВР на секционных выключателях 6-10 кВ;

- выбрать схему АЧР для потребителей, питающихся с шин 6-10 кВ

ГПП с последующим ЧАПВ.

В процессе выполнения курсового проекта студент должен пользо-

ваться учебниками, учебными пособиями, справочниками, ПУЭ, руково-

дящими указаниями, а также специальной литературой по вопросам проек-

тирования РЗ и автоматики систем электроснабжения.

Навыки и знания, полученные при выполнении курсового проекта, во

многом способствуют успешному выполнению раздела дипломного проек-

та по релейной защите и автоматике.

На рисунке 1 приведена наиболее часто встречающаяся схема участка

сети для электроснабжения промышленного предприятия, которая соот-

ветствует одному из заданий на курсовое проектирование [2].

На рисунке 2 дана схема замещения для расчетов токов короткого за-

мыкания (ТКЗ) и показаны основные точки их расчета.

2. Защита высоковольтного электродвигателя

В соответствии с [1, пп. 5.3.43.-5.3.54] и [2, табл. 1] мощность двига-

теля не превышает 2,5 МВА, и на данных двигателях должны быть уста-

новлены и рассчитаны следующие защиты:

- защита от многофазных замыканий в обмотках эл. двигателя [1,

п. 5.3.46-2];

- защита от перегрузки [1, п. 5.3.49];

- защита от однофазных замыканий на землю [1, п. 5.3.48];

- защита минимального напряжения [1, пп. 5.3.52-5.3.53].

Рисунок 1 - Схема сети

Рисунок 2 - Расчетная схема ТКЗ

2.1 Защита электродвигателя от ТКЗ между фазами

Защита от междуфазных ТКЗ является основной защитой, и ее уста-

новка обязательна во всех случаях [4, разд. 18-4]. В качестве такой защиты

применяется токовая защита мгновенного действия (токовая отсечка), от-

строенная от пусковых токов и токов самозапуска.

Для защиты эл. двигателя целесообразно применять переменный опера-

тивный ток, а также реле прямого действия, что значительно упрощает схему

защиты и повышает ее надежность. Схема такой защиты приведена на ри-

сунке 3. Реле типа РТ-86 (КА) имеет кроме индукционного элемента, элек-

тромагнитный элемент, который исполняет роль токовой отсечки. Транс-

форматоры тока (ТТ) включены на разность токов двух фаз и имеют коэффи-

циент схемы, в зависимости от комбинации замкнувшихся фаз, 1; 1,73; 2.

6-10кВ

Рисунок 3

Контакты реле способны коммутировать токи, позволяющие непо-

средственно отключать выключатель.

В случаях, когда однорелейная схема не обеспечивает требуемой чув-

ствительности, применяется двухрелейная схема, более чувствительная к

двухфазным ТКЗ. Схема защиты приведена на рисунке 4 а, б.

Токовое реле 3КА используется в защите от перегрузки. В этом случае

применяется реле типа РТ-40, имеющее достаточно высокий коэффициент

возврата (К

=0,85), а для отстройки от апериодической составляющей пуско-

вых токов применяется промежуточное реле типа РП-25 или РП-26 [5, с. 183]

с временем срабатывания t

СР

=0,06 с, за которое апериодическая составляю-

щая пускового тока затухает до того, как сработает защита.

Ток срабатывания защиты равен:

.пуск.пп

IК

.з.с

⋅

. (2.1)

Коэффициент надежности обычно принимают равным 1,2 [4, с. 567].

Пусковой периодический ток (I

п.период.

) определяют по справочным или заво-

дским данным.

Защита, выполненная на реле РТ-86, имеет большую инерционность, а

коэффициент возврата 0,4. Такая защита, сработав от броска пускового то-

ка, не сможет вернуться после затухания его апериодической состав-

ляющей. Поэтому ток срабатывания должен отстраиваться от максималь-

ного значения пусковых токов двигателя (I

д.пуск.

). Первичный ток срабатыва-

ния защиты определяется из формулы:

пуск.пн.з.с

,К

ΙΙ

⋅⋅= 81

(2.2)

Вторичный ток срабатывания защиты равен:

.з.с.х.с

.р.с

IК

⋅

, (2.3)

где К

c.х.

- коэффициент, учитывающий схему соединения ТТ;

- коэффициент трансформации ТТ.

Чувствительность защиты от многофазных ТКЗ оценивается коэффи-

циентом чувствительности (К

), представляющим собой отношение тока

двухфазного КЗ (I

к.з.

(2)

) в минимальном режиме на выводах двигателя, к

первичному току срабатывания защиты [4].

5,1

)2(

≥=

зс

зк

. (2.4)

2.2 Защита электродвигателя от замыкания одной фазы на землю

Если при расчетах ток однофазного КЗ у двигателя до 2 МВт оказался

10 А и ниже, а у двигателя 5 МВт - 5 А и менее, то в соответствии с [1,

п. 5.3.48] защита от замыканий на землю не устанавливается.

Если эти условия не выполняются, то защита от однофазных замыка-

ний на землю выполняется без выдержки времени с применением транс-

форматоров тока нулевой последовательности (ТНП) типа ТНПШ-1УЗ,

ТЗУ-3, ТЗЛМ-УЗ, ТЗРЛ-УЗ [6, табл. 5.40]. Схема защиты дана на рисунке 5.

Однофазный ток замыкания на землю одиночного кабеля определяется

из выражения [8]:

9420103103 СU,СUСUI

ффном

.з.к

)(

⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=

−−

ωω

, (2.5)

где U

ном

номинальное напряжение линии в кВ;

- угловая частота;

- определяется из [6, с. 537, табл. 9.31].

В кабельной сети с общей длиной кабелей L

КМ

ток однофазного замыка-

ния с достаточной для РЗ точностью может быть определен из выражения:

сетисети

сети .з.к

)(

LU ⋅

где U

сети

- напряжение сети в кВ;

L - длина всех кабелей, питающихся с шин данного напряжения в км [8].

Рисунок 4 - Схемы токовых (а) и оперативных (б) цепей

Рисунок 5 - Токовые цепи защиты двигателя от замыкания на землю (а) и

оперативные цепи (б)

а) б)

Коэффициент чувствительности определяется из выражения:

251

.каб.з.к

)(

сети.з.к

)(

≥=

. (2.7)

2.3 Защита двигателя от перегрузки

Защита от перегрузки устанавливается из условия отстройки ее от но-

минального тока и рассчитывается по выражению:

ном

зс

I ⋅=

. (2.8)

Время действия защиты от перегрузки должно быть таким, чтобы оно

было больше времени пуска электродвигателя при эксплуатационно

возможном снижении напряжения, а у двигателей, у которых возможен

самозапуск - больше времени для самозапуска. Время пуска асинхронных

электродвигателей обычно составляет 10-15 с [4, с. 572]. Схема защиты от

перегрузки приведена на рисунке 4, реле 3КА.

2.4 Защита электродвигателя от понижения напряжения

Защита минимального напряжения устанавливается на эл. двига-

телях, которые отключаются при понижении напряжения для обес-

печения самозапуска ответственного электропривода. Время срабатыва-

ния таких защит должно быть на 0,5 с больше выдержки времени основных

токовых защит. Оно должно составлять 0,7U

ном

[1, пп. 5.3.52-5.3.53].

Схема защиты минимального напряжения приведена на рисунке 6 а, б.

2.5 Пример расчета релейной защиты электродвигателя

Данные двигателя:

- U

ном

- 6 кВ;

- cos

= 0,89;

- Р

ном

- 1000 кВт;

- I

ном

- 116 А;

- к.п.д.

= 95,8;

пуск.период.

= 4,4;

- длина кабельной линии L = 3 км;

- марка кабеля ААБл (3x70).

Расчеты ведутся в соответствии с расчетной схемой (рисунок 7).

.А,I ;АI ;АI ;АI

.З.К

)(

МИН.З.К

)(

МАК.З.К

)(

МАК.З.К

)(

711330038404466

1223

====

Для выбора ТТ необходимо найти m

расч.

(расчетная кратность первично-

го тока) [4, с. 98]. Принимается к исполнению ТТ типа ТЛ-10УЗ,

ТТ

= 400/5=80, m

пред.

= 17 [6, табл. 5.36].

17716

40080

446621

⋅

= ,

IК

.ном.пер

.пуск.пера

.расч

где К

=1,2; α = 0,8 [4, с. 98].

2.5.1 Ток срабатывания защиты от многофазных КЗ

IКК

начппн

зс

740

85,0

1164,42,1

⋅⋅

= .

Принимается схема соединения ТТ неполная звезда, К

с.х.

=1.

Ток срабатывания реле I

ср

IК

зсхс

ср

25,9

7401

....

⋅

= , при t

с.з.

=0.

Принимается к исполнению токовое реле РТ-40/10 с пределом регу-

лирования тока 5-10 А при параллельном соединении катушек [5, табл. 5].

Коэффициент чувствительности:

5,15,4

740

3300

)1(

>===

зс

минзк

2.5.2 Защита от однофазных замыканий на землю

В данном случае такая защита не требуется, т.к. I

(1)

к.з.

=1,71<10 А

[1, п. 5.3.48].

2.5.3 Защита от перегрузки

Ток срабатывания защиты:

.ном

.з.с

164116

850

=⋅=⋅= .

Ток срабатывания реле:

;А,I

.ном

.х.с

ср

052164

=⋅=⋅=

с t

ср

10=

Реле тока типа РТ-40/6 с пределом регулирования тока 1,5-3 А при по-

следовательном соединении катушек [5, табл. 5].

Реле времени выбирается типа ЭВ-245, U

ном

220 В, с пределом ре-

гулирования времени 1-20 с [3, табл. 98].

2.5.4 Защита от понижения напряжения

Напряжение срабатывания защиты U

cp.з

= 0.7 U

ном

. На каждой секции шин

6 кВ ГПП установлен трансформатор напряжения типа НАМИ-6-77У4 с ко-

эффициентом трансформации n

ТН

=6000/100=60. Тогда U

с.р.

=0,7 6000/60=70 В,

с.з.

=0,5 с. Реле напряжения принимается типа РН-154/160 с пределом регули-

рования напряжения 40-80 В на первом диапазоне уставок [5, табл. 65].

Рисунок 6 - Схема цепей напряжения (а) и расчетная схема (б)

Рисунок 7 - Расчетная схема

Рисунок 8 - Схема оперативных цепей защиты двигателя

а)

б)