Выбор и расчёт устройств релейной защиты и автоматики

 

Общие положения

 

Надежное и экономичное функционирование системы электроснабжения возможно только при автоматическом управлении ее элементами. Автоматическое управление осуществляется комплексом автоматических управляющих устройств, среди которых первостепенное значение имеют устройства релейной защиты и противоаварийной автоматики (УРЗиА), действующие при повреждениях или ненормальных режимах работы электроустановок.

Для предотвращения развития аварий и уменьшения размеров возможного ущерба необходимо быстро выявить и отключить поврежденный элемент и ввезти в работу другой, заменяющий вышедший из строя. При этом для сохранения в работе неповрежденного электрооборудования, прежде всего, должна срабатывать защита, ближе всех расположенная к месту повреждения. Кроме того, используемые устройства должны быть надежными и требовать минимальных затрат как временных, так и финансовых, на их обслуживание

Расчёт релейной защиты трансформатора

 

Произведём расчёт защиты трансформатора 10/0,4 кВ, мощностью 630 кВА, установленного в ЦТП – 9.

Согласно [16] для таких трансформаторов должны предусматриваться устройства релейной защиты, действующие при:

– многофазных коротких замыканиях в обмотках и на их выводах; внутренних повреждениях;

– токах в обмотках, обусловленных внешними короткими замыканиями;

– токах в обмотках, обусловленных перегрузкой (если она возможна); однофазных замыканиях на землю.

Для защиты от многофазных коротких замыканий в обмотках и на их выводах применяют максимальную токовую отсечку без выдержки времени в двухфазном, двухрелейном исполнении.

Защиту от коротких замыканий внутри трансформатора обеспечивает газовое реле или реле давления. Газовое реле содержит два элемента – сигнальный и отключающий. Сигнальный элемент срабатывает при повреждениях, сопровождающихся слабым газообразованием после накопления определенного объема газа в реле. При значительном повреждении, вызывающем бурное выделение газа, повышается давление внутри бака и создается переток масла в сторону расширителя, воздействующий на отключающий элемент. Последний срабатывает при превышении заданной скорости потока масла. При этом газ из бака трансформатора попадает в газовое реле и вызывает срабатывание сигнального элемента позже действия отключающего элемента.

Защиту от токов, обусловленных внешними короткими замыканиями, выполняют максимально токовой с выдержкой времени при действии на отключение и устанавливают со стороны питания. Если для токовой защиты не достигаются надежная отстройка и нужный коэффициент чувствительности, применяют другую защиту, в частности токовую с пуском минимального напряжения.

Защиту от токов в обмотках, обусловленных перегрузкой, устанавливают со стороны питания одним реле, включенным в одну фазу.

На трансформаторах при схеме соединений обмоток с заземленной нейтралью следует предусматривать защиту от однофазных замыканий на землю в сети низшего напряжения. Обычно осуществляют защиту нулевой последовательности, присоединенную к трансформатору тока, установленному в его нулевом проводе, действующем на отключение автоматического выключателя, установленного на стороне низшего напряжения.

 

Рис. 4.1. Исходная схема и схема замещения к расчёту релейной защиты трансформатора 10,5/0,4 кВ:

а) – исходная схема; б) – схема замещения.

 

Токовая отсечка

Так как используется цифровая защита, то при расчётах ток уставки принимаем равным току срабатывания.

Расчет первичного тока срабатывания производится на основании отстройки от максимального тока внешнего КЗ [13].

 

                                                                  (4.1)

 

где – максимальное значение периодической составляющей тока КЗ – коэффициент отстройки для SEPAM. Из расчёта токов КЗ:

 кА

 кА

Сопротивление системы [14]:

 

                                                                            (4.2)

 

Расчет параметров кабельной линии:

 

                                                                       (4.3)

                                                               (4.4)

 Ом

 Ом

 

Первичный ток срабатывания [13]:

                                                                           (4.5)

 

Расчет вторичного тока срабатывания [13]:

 

                                                                                     (4.6)

 

где - коэффициент трансформации ТТ.

Оценка чувствительности [13]:

На основе расчета коэффициента чувствительности по первичным токам:

 

                                                                          (4.7)

 

где – ток двухфазного КЗ на выводах ВН трансформатора в минимальном режиме энергосистемы.

 

Ток короткого замыкания на выводах ВН трансформатора (Таблица 2.10):

 

                                                                     (4.9)

 

Коэффициент чувствительности:

 

                                                                         (4.10)

 

Защита проходит по чувствительности, согласно [16] .

 

Максимальная токовая защита

Максимальная токовая защита выполняет функции ближнего и дальнего резервирования при междуфазных КЗ.

Выбор тока срабатывания:

Ток срабатывания рассчитываем на основании следующей зависимости:

 

                                                                   (4.11)

 

где – номинальный ток трансформатора.

Следует отметить, что в SEPAM имеется функция максиметра тока, использование её позволит повысить чувствительность МТЗ за счёт корректировки тока уставки в зависимости от максимального тока нагрузки.

 

                                                                       (4.12)

А

 

Расчет вторичного тока срабатывания [13]:

 

                                                                                     (4.13)

 

Оценка чувствительности:

Коэффициент чувствительности для ближнего резервирования [13]:

 

                                                                      (4.14)

 

где - ток минимального двухфазного КЗ на выводах НН

Суммарное реактивное сопротивление до точки К-2:

 

                                                                    (4.14)

 

Суммарное активное сопротивление до точки К-2:

 

                                                                                (4.15)

                                                               (4.16)

                                                                    (4.17)

 

Защита проходит по чувствительности, согласно [16]

Выбор времени срабатывания:

Время срабатывания максимальной токовой защиты выбирается исходя из следующих условий:

– для обеспечения термической стойкости трансформатора время срабатывания не должно превышать допустимых значений;

– для обеспечения селективности время срабатывания минимальной токовой защиты согласуется с выдержками времени аналогичных ступеней защит смежных объектов.

В случае применения защит с независимой характеристикой [13]:

 

t_сз = t_{сз пред} + Dt                                                                           (4.18)

 

где t_{сз пред} – время срабатывания предыдущей защиты (время срабатывания автоматического выключателя ввода, время срабатывания автоматического выключателя и величина запаса по времени для цифровых устройств);

Dt – ступень селективности;

t_сз = 0,5 + 0,2 = 0,7 с

Коэффициент чувствительности для дальнего резервирования [13]:

                                                                 (4.19)

 

где – ток минимального двухфазного КЗ на выводах в конце зоны дальнего резервирования.

Суммарное реактивное сопротивление до точки К-3:

 

                                                           (4.20)

 

Суммарное активное сопротивление до точки К-3:

 

                                                                    (4.21)

 

Ток минимального трехфазного КЗ на выводах в конце зоны дальнего резервирования [13]:

 

                                                    (4.22)

 

Ток минимального КЗ на выводах в конце зоны дальнего резервирования [13]:

 

                                                                    (4.23)

 

Коэффициент чувствительности для дальнего резервирования [13]:

 

                                                                              (4.24)

 

Согласно [16] . Защита для дальнего резервирования не проходит по чувствительности.

МТЗ в двухрелейном исполнении нечувствительна к однофазным коротким замыканиям, поэтому для защиты от данного вида повреждений применяется специальная токовая защита нулевой последовательности которая устанавливается в нейтрали трансформатора.