Релейная защита

1. Выбор исходных данных для курсового проекта.

Схема высоковольтной сети представлена на рис.1

Рис.1

Данные для задания:









с.                - Время отключения энергосистемы.



В.          - Номинальное напряжение системы.

Определяем нагрузки ТП:





ВА. 





ВА. 





ВА. 





ВА. 





ВА. 





ВА. 





ВА. 





ВА. 





ВА. 

Определяем токи КЗ на подстанциях:

- значения тока КЗ на последующих подстанциях получают путем уменьшения  на 20% значения тока КЗ на предыдущей подстанции.

- значения двухфазного тока КЗ на шинах подстанцих принимаем равным 0.7 от  значения трехфазного тока КЗ на этих же подстанциях.

Трёхфазный ток КЗ на шинах питающей подстанции (точка К1) 



А. 

Значение двухфазного тока КЗ на шмнах подстанцийпринять равным 0,7 от значения тока КЗ на этих же подстанциях





А. 




Токи КЗ в точке К6 и К9: 





А. 





А. 





А. 





А. 

Токи КЗ в точке К2,K5 и К8: 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 

Токи КЗ в точке К1,K4 и К7: 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 

Токи КЗ в точке К3: 





А. 





А. 

Определим токи нагрузки на ТП по формуле:







А. 





А. 





А. 





А. 





А. 








А. 





А. 





А. 





А. 

Определим токи в линиях:





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 





А. 

2. Выбор предохранителей для линий высоковольтной сети и проверка их на чувствительность и селективность срабатывания.

Созанию защищаем предохранителями линии L1,L2,L3,L4 и L7. Для использования выбираем предохранители серии ПКТ с Uном=10 кВ и Iотк.пр=20…31,5 кА [2].

Как видим условия (1) и (2) выполняются. 



(1);

Iотк.пр > Iк.max               (2); 

	По выражению (3) определим расчетные значения токов для предохранителей F1, L2, F3, F4 и F7:





(3);

где  - номинальный ток плавкой вставки;

 - расчетный ток;

  - коэффициент надежности принимаемый равным 1,2…1,25.







А; 





А; 





А; 





А; 








А; 

Используя полученные значения, выберем предварительно следующие стандартные величины Iвс.ном:



А; 



А; 



А; 



А; 



А; 

Проверим предохранители F1 и F2 на селективность. При трехфазном КЗ непосредственно за предохранителем F1  



А. 

При этом токе предохранитель F1 сработает за время менее:



c. 

[2]; 

F2 сработает за время менее:



c. 

Тогда  коэффициент селективности для пары предохранителей F1 и F2 равен: 



(4);





что удовлетворяет условию (4).

Проверим предохранители F3 и F4 на селективность. При трехфазном КЗ непосредственно за предохранителем F3  



А. 

При этом токе предохранитель F3 сработает за время менее:



c. 

[2]; 

F4 сработает за время менее:



c. 

Тогда  коэффициент селективности для пары предохранителей F3 и F4 равен: 



(4);





что удовлетворяет условию (4).

Проверку на селективность предохранителя F7 и комплекта защиты РЗ-8 проведём после расчёта комплектов релейной защиты.    

Проверяем выбранные плавкие вставки на чувствительность по выражению (5):



(5);





А; 





А; 





А; 





А; 





А;








 удовлетворяет условию (5)





удовлетворяет условию (5)





 удовлетворяет условию (5)





 удовлетворяет условию (5)





 удовлетворяет условию (5)

Все коэффициенты больше трех, следовательно, чувствительность предохранителей к токам КЗ гарантируется.

3. Выбор типа релейной защиты, расчет уставок тока и времени для всех комплектов релейных защит.



Выбор варианта исполнения МТЗ проводим исходя из заданной величины Тотк=1.2 с и количества последовательно устанавливаемых комплектов защит. Оценку производим по выражению: 



       где  - ступень селективности;

	   - максимальное значение времени срабатывания предохранителя,  	установленного непосредственно за участком с РЗ (определяется при двухфазном токе КЗ);

	  n - количество последовательно включенных защит.

Определим DTрасп1 для МТЗ РЗ-5, РЗ-6 защищающих линии L3,L4,L5 и L6.  Максимальное время срабатывания предохранителя F4 в конце линии L4  равно:   



с. 

при токе КЗ:



А; 



 [1]





с. 

Определим DTрасп2 для МТЗ РЗ-8, РЗ-9 защищающих линии L7,L8 и L9. Максимальное время срабатывания предохранителя F7 в конце линии L7 равно:    



с. 

при токе КЗ:



А; 







с. 

          на всех защищаемых линиях не менее 0.57 с, следовательно при данных условиях можно использовать схему МТЗ с ограниченно зависимой выдержкой времени, выполненой на основе реле серии РТ-80.

Для более высокой надёжности выбераем двухрелейную схему на переменном оперативном токе по схеме "неполной звезды" с дешунтированием катушки отключения. 




а) Расчёт токов срабатывания и уставок тока.



Принимая по техническим характкристикам [1] реле РТ-80



при:                                             расчитаем токи срабатывания защит. 









А





А





А





А

       Исходя из значений Iрабmax линий L5,L6,L8,L9 выбираем трансформаторы тока с первичными номинальными токами.     [2]



А



А



А



А



А



А



А



А

Тогда их коэффициенты трансформации равны:



А

номинальный ток вторичной обмотки




















Определим расчётные токи срабатывания реле с учётом, что коэффициент схемы "неполной звезды" равен 1:





А





А





А





А

Выберем ближайшие большие значения Iуст реле РТ-80



А



А



А



А

Скоректируем токи срабатывания защит в соответствии с выбраными уставками.





А





А





А





А

в) Расчёт уставок времени и проверка на селективность.

Определим ступень селективности   для комплекта МТЗ РЗ-5 



с    время срабатывания предохранителя F4



с

положительная погрешность предохранителя F4



с    положительная погрешность реле РТ-80



с    время запаса





с





c

при токе КЗ 4.16 кА в начале линии L4 при значении кратности:

реле РТ-80 работает в независимой части своей характеристики поэтому время срабатывания выставляем 0.5 c





c

Время уставки комплекта МТЗ РЗ-5




Определим ступень селективности   для комплекта МТЗ Р3-6.



с    время отключения маломаслянного выключателя



с    отрицательная погрешность реле РТ-80



с    время индукционного выбега реле РТ-80





с

Определим время Туст6 комплекта МТЗ Р3-6.





с

при токе КЗ 5.2 кА в начале линии L2 значении кратности:

реле РТ-80 работает в независимой части своей характеристики поэтому время срабатывания выставляем 1 с.





с

Время уставки комплекта МТЗ РЗ-6

Определим ступень селективности   для комплекта МТЗ РЗ-8



с    время срабатывания предохранителя F7



c  положительная погрешность срабатывания пр.F7





с





c

при токе КЗ 4.16 кА в начале линии L7 при значении кратности:

реле РТ-80 работает в независимой части своей характеристики поэтому время срабатывания выставляем 0.5 c





c   время уставки комплекта МТЗ РЗ-8

Определим ступень селективности   для комплекта МТЗ РЗ-9





с

Определим время Туст9 комплекта МТЗ РЗ-9





с

при токе КЗ 5.2 кА в начале линии L8 при значении кратности:



реле РТ-80 работает в независимой части своей характеристики поэтому время срабатывания выставляем 1 c



с       время уставки комплекта МТЗ РЗ-9

Для проверки на селективность строим карты селективности.




Карта селективности для линий L6,L2,L1









 Как видно из графика селективная работа МТЗ РЗ-6 и предохранителя F1, F2 обеспечена во всём диапазоне КЗ от I2к1=2,33 кА до I3к6=5,2 кА

Карта селективности для линий L6,L5,L4












Как видно из графика селективная работа МТЗ РЗ-6,РЗ-5 и предохранителя F4

обеспечена во всём диапазоне КЗ от I2к4=2,33 кА до I3к6=5,2 кА

Карта селективности для линий L9,L8,L7












Как видно из графика селективная работа МТЗ РЗ-9,РЗ-8 и предохранителя F7

обеспечена во всём диапазоне КЗ от К2к7=2,33 кА до К3к9=5,2 кА

Проверка системы по максимально допустимому времени отключения.

При минимальном токе КЗ в конце линии L6 I2k6=3.64 кА согласно защитной характеристике РЗ-6 она сработает за время t=1c, что меньше допустимой 1.2 с.

При минимальном токе КЗ в конце линии L9 I2k9=3.64 кА согласно защитной характеристике РЗ-9 она также сработает за 1с.

Проверка чувствительности.

В соотвтствии с правилами [  ] коэффициент чувствительности для МТЗ в основной зоне должен быть не меньше 1,5, а для резервной зоны не менее 1.2

Для защиты РЗ-5 минимальный ток КЗ в конце основной зоны I2к5=2,912 кА





>   1.5

проверку чувствительности в резервной зоне не производим, так как L4 защищена предохранителем.

Для защиты РЗ-6 минимальный ток КЗ в основной зоне I2к6=3,64 кА





>  1.5

Для резервной зоны защиты РЗ-6 минимальный ток КЗ в конце линии L5 равен I2к5=2,912 кА





> 1.2

Для защиты РЗ-8 минимальны й ток КЗ в конце основной зоны I2к8=2,912 кА





> 1.5

проверку чувствительности в резервной зоне не производим, так как L7 защищена предохранителем.

Для защиты РЗ-9 минимальны й ток КЗ в конце основной зоны I2к9=3,64 кА





>   1.5

Для резервной зоны минимальный ток КЗ в конце линии L8 равен I2к8=2,912 кА





>   1.2

Все комплекты защиты обеспечивают необходимую чувствительность.




4.  Выбор и расчёт элементов схемы РЗ и источника оперативного тока

 В качестве источника оперативного тока выбираем трансформатор тока типа ТПЛ-10ТЗ

Технические данные трансформатора.

Uном=10 кВ

Iном.пер=50...400 А

Iном.втр=5 А

Вариант исполнения обмотки 10р для релейной защиты.

Электродинамическая стойкость.

Iскв.пр.=52 кА для ТТ 50...200 А

Iскв.пр.=100 кА для ТТ 300...400 А

Термическая стойкость.

Iт=34 кА за t=3 с.

Проверка ТТ на Uном.

Uном=10 кВ

Uсети=6 кВ

Uном>Uсети

условие выполнено.

Проверка ТТ на номинальный первичный ток.





А



А





А



А





А



А





А



А



 условия выполнены.

 Проверка на электродинамическую стойкость:









А







А







А







А

 условия выполнены.

 Проверка на термическую стойкость:







 А/с 

 проверяем по наибольшему току КЗ I3к=7,9 кА и наибольшему времени отключения t=1 c 



 А/с 





 условия выполнены.




Проверка ТТ на вторичную нагрузку.

Для ТТ работающего с релейной защитой, определение допустимой вторичной нагрузки Zнаг производим по кривой десятипроцентной кратности К10 [   ] рис.5.10. для ТТ ТПЛ-10.

Кривая ограничивает сопротивление нагрузки ТТ в зависимости от ожидаемой кратности тока срабатывания защиты (по отношению к I1ном.) значение при котором полная погрешность ТТ не превышает 10%.

Поскольку обмотка отключающего эл.магнита в доаварийном режиме отключена то ТТ нагружен только на обмотку реле РТ-80.

По паспортным данным [   ]  при Iср.  Sпотр.=10 в*а соответственно сопротивление обмотки      







А





ом

при кратности срабатывания защит









Полная погрешность ТТ при данных кратностях срабатывания защит и rнаг=0,2 ом не превышает 10%

Выбор типа реле из серии РТ-80.

Исходя из условий, что Туст от 0,5 сек. и ток Iуст 8 А выбираем реле типа РТ-85/1 с такими паспортными данными [    ] :

Iном=10 А

Iуст индукционного элемента 4,5,6,7,8,9,10 А

tср. в независимой части характеристики от 0,5с....4с

Главные контакты реле способны шунтировать и дешунтировать ток 150 А при сопротивлении нагрузки 4,5 ом и при токе 3,5...5 А

 Проверим главные контакты реле РТ-85/1 на комутируемую мощность



ом



А



А







Мощность отключающего эл.магнита 







 условие выполняется.

Электрическая схема комплекта релейной защиты представлена на рис     

Схема энергосистемы с раставленными предохранителями и комплектами РЗ максимальной токовой защиты представлены на рис