Пример решения расчетной работы

Задача.

Рассчитать ток срабатывания и время срабатывания максимальной токовой защиты линии 1 и линии 2 (МТЗ W1, МТЗ W2).

Схема электросети.

Решение.

1. Исходные данные.

1.1 Параметры трансформаторов Т1 и Т2.

1.2 Параметры генератора G.

1.3 Параметры линий W1 и W2.

Согласно ПУЭ, выбор сечения проводника определяется по нагреву, экономической плотности тока и по условиям короны. Если сечение проводника, определенное по этим условиям, получается меньше сечения, требуемого по другим условиям (термическая и электродинамическая стойкость при токах КЗ, потери и отклонения напряжения, механическая прочность, защита от перегрузки), то должно приниматься наибольшее сечение, требуемое этими условиями.

, где

F_эк – экономическое сечение провода, мм²;

I_м.р. – максимальный расчетный ток в линии при нормальном режиме работы, А;

J_эк – нормированное значение экономической плотности тока, А/мм², для заданных условий работы.

Допустим, что число часов использования максимума нагрузки в год находится в диапазоне Т_м = 3000…5000 часов, которому для алюминиевых проводов, соответствует

j_эк = 1, 1 А/мм²; Т_м = 3200 час.

Для трехфазной сети:

, где

S_пер – полная передаваемая мощность при максимальной нагрузке в нормальном режиме работы, кВ·А;

U_пер – напряжение передачи, кВ.

, где

k_з – коэффициент загрузки трансформаторов, при преобладании нагрузок 2-й категории при однотрансформаторных подстанциях и взаимном резервировании трансформаторов по связям вторичного напряжения k_з = 0, 7-0, 8; принимаем k_з = 0, 75.

Для линии W1:

,

Выбираем ближайшее большое стандартное сечение провода марки АС-120 мм².

Удельное активное сопротивление провода АС-120/19 при t=20̊ С.

.

Значение удельного индуктивного сопротивления принимаем:

.

Для линии W2:

,

,

,

Ближайшее стандартное сечение провода марки АС – 70 мм².

Удельное активное сопротивление провода АС-70/11:

.

Значение удельного индуктивного сопротивления принимаем:

.

Определяем оптимальную протяженность ВЛ.

Оптимальное расстояние передачи электроэнергии приближенно определяется из соотношения:

, где

U_пер – напряжение передачи, кВ.

Выбираем длины линий электропередач:

ВЛ W1 - L_W1 = 3 км, выполненную сталеалюминиевым проводом АС-120/19;

ВЛ W2 - L_W2 = 5 км, выполненную сталеалюминиевым проводом АС-70/11.

1. Рассчитать токи КЗ.

2.1 Составим схему замещения.

Расчет сверхпереходного сопротивления генератора.

Сверхпереходное сопротивление генератора определяется по формуле:

.

Расчет сопротивления ВЛ W1.

а) активное сопротивление:

б) индуктивное сопротивление:

в) полное сопротивление:

Расчет сопротивления ВЛ W2.

а) активное сопротивление:

б) индуктивное сопротивление:

в) полное сопротивление:

Расчет сопротивления трансформатора Т1.

Активным сопротивлением трансформатора пренебрегаем.

Индуктивное сопротивление определяем по формуле:

Расчет сопротивления трансформатора Т2.

Активным сопротивлением трансформатора пренебрегаем.

Индуктивное сопротивление определяем по формуле:

Расчет сверхпереходной ЭДС генератора.

Сверхпереходную ЭДС определяем по формуле:

, где

U₍₀₎, I₍₀₎, φ ₍₀₎ – напряжение (фазное), ток и угол сдвига между векторами напряжения и тока до к.з.

x_Г – сверхпереходное сопротивление генератора, Ом.

Тогда линейное значение сверхпереходной ЭД составит

.

Определение точек к.з.

При расчетах токов к.з. в целях упрощения вычислений, принимаем среднее номинальное напряжение системы равным кВ, т.к. по мере удаления от источника питания происходит падение напряжения, обусловленное сопротивлением элементов электрической сети.

Точки к.з. выбираем в конце участков действия защит и рассчитываем в каждой из них токи к.з.

Расчет токов к.з. в точке К1.

Ток трехфазного к.з. .

Ток двухфазного к.з. .

Расчет токов к.з. в точке К2.

Суммарное сопротивление полное до точки К2:

Ток трехфазного к.з. .

Ток двухфазного к.з. .

Расчет токов к.з. в точке К3.

Суммарное сопротивление полное до точки К3:

Ток трехфазного к.з. .

Ток двухфазного к.з. .

Расчет токов к.з. в точке К4.

Суммарное сопротивление полное до точки К2:

Ток трехфазного к.з. .

Ток двухфазного к.з. .

Расчет токов к.з. в точке К5.

Суммарное сопротивление полное до точки К2:

Ток трехфазного к.з. .

Ток двухфазного к.з. .

Все расчеты сводим в таблицу.

Сводная таблица тока к.з.

1. Расчет тока срабатывания максимальной токовой защиты линии W1.

3.1 Расчет максимальной токовой нагрузки линии W1.

, где

К_пер =1, 05 – коэффициент перегрузки трансформаторов без ограничесния по времени.

3.2 Расчет тока срабатывания максимальной токовой защиты линии W1.

, где

k_н – коэффициент надежности, обеспечивающий надежное несрабатывание (отстройку) защиты путем учета погрешности реле тока с необходимым запасом, для реле типа РТ-40 принимаются равным 1, 1-1, 25;

k_СЗП – коэффициент самозапуска, учитывающий возрастание тока в процессе запуска двигателей, затормозившихся или остановившихся во время снижения напряжения при к.з., для смешанной общепромышленной нагрузки составляет 2-3;

k_В – коэффициент возврата токовых реле, определяемый отношением тока возврата к току срабатывания реле, для реле типа РТ-40 составляет не менее 0, 85 на первой уставке и не менее 0, 8 на остальных утавках шкалы.

k_н – 1, 1;

k_СЗП – 2;

k_В – 0, 8;

3.3 Расчет коэффициента чувствительности МТЗ W1 при к.з. в конце основного участка (точка К2).

Обязательное условие: k_Ч.осн.W1 ≥ 1, 5.

Вывод: условие выполняется.

3.4 Расчет коэффициента чувствительности МТЗ W1 при к.з. в конце смежного резервируемого участка.

3.5 В точке КЗ – в конце ЛЭП W2.

Обязательное условие: k_{Ч.смеж.W2} ≥ 1, 2.

Вывод: условие выполняется.

3.6 В точке К4 – за трансформатором Т1.

Обязательное условие: k_{Ч.смеж.Т1} ≥ 1, 2.

Вывод: в случае к.з., как в конце основного, так и в конце смежного участков электросети (следовательно, и в других точках этих участков), защита будет срабатывать надежно.

1. Выбор схемы максимальной токовой защиты.

Принципиальная схема МТЗ

Рис.3 а) токовые цепи; б) оперативные цепи;

Применим двухфазную двухрелейную схему МТЗ, в которой используем реле косвенного действия с независимым от тока временем срабатывания типа РТ-40 и реле времени тика ЭВ-120 на постоянном оперативном токе. Принципиальная схема МТЗ представлена на рис.3.

ТА1(2)W1 – трансформаторы тока МТЗ W1;

КА1(2) – токовые реле (катушки);

КА1.1(2.1) – контакты токовых реле КА1(2) соответственно;

КТ – обмотка реле врмени;

КТ.1 – контакт реле времени;

КН1 – указательное реле (КН1.1 – его контакт);

SQ – вспомогательный контакт, связанный с приводом выключателя;

YAT – электромагнит отключения выключателя.

1. Выбор токовых реле.

5.1 Выбор трансформаторов тока (ТА).

Трансформаторы тока выбираются по номинальным значениям напряжения, тока (первичного и вторичного) и по классу точности, проверяются на электродинамическую и электротермическую стойкость при токах КЗ, а также на величину полной погрешности, которая не должна превышать 10%.

Для МТЗ W1 применим трансформатор тока ТОЛК-6 со следующими параметрами:

U_ном.ТА = 6 кВ (из условия U_ном.ТА ≥ U_ном.у = 6 кВ);

U_1ном.ТА = 200 А ≥ I_{нагр.maxW1} = 164, 85 А;

U_2ном.ТА = 5А.

5.2 Выбор токовых реле.

Применим реле косвенного действия с независимым от тока временем срабатывания типа ПТ-40 на постоянно оперативном токе.

Определим ток срабатывания реле МТЗ W1:

, где

k_CX – коэффициент схемы, показывающий во сколько раз ток в реле защиты больше, чем вторичный ток трансформатора тока (для двухфазной схемы соединения ТА в неполную звезду k = 1);

I_С.Р.W1 – ток срабатывания максимальной токовой защиты линии W1;

k_I – коэффициент трансформации трансформатора тока.

Выбираем реле РТ-40/20, для которого I max реле = 20 А ≥ I с.р. W1 (при параллельном соединении катушек).

1. Расчет времени срабатывания МТЗ W1.

Время срабатывания (выдержка времени) максимальных токовых защит выбирается из условий селективности защиты и электротермической стойкости защищаемого элемента. По условию селективности, для защит с независимыми характеристиками, время срабатывания последующей (расположенной ближе к источнику питания) защиты:

,

где t_{c.з.пред.} – время срабатывания предыдущей защиты;

∆ t – ступень селективности.

Значение ∆ t для защит с независимой характеристикой определяется, главным образом, точностью работы реле времени. Для реле времени типа ЭВ-120 ∆ t = 0, 4 – 0, 6 с.

Расчет выдержки времен срабатывания МТЗ следует начинать с участков электрической сети наиболее удаленных от источника электроэнергии. В нашем случае это участок, содержащий трансформатор Т2.

Для МТЗ Т2 принимаем время срабатывания

.

Тогда ;

.

Вывод: время срабатывания МТЗ W2 будет раньше, чем время срабатывания МТЗ W1.

Рекомендуемая литература.

1. Правила устройства электроустановок.
2. Шеховцев В.П.: Расчет и проектирование схем электроснабжения. Методическое пособие для курсового проектирования. – М.: ФОРУМ: ИНФРА – М, 2005г.
3. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учебник для вузов/ В.А. Андреев. – 4-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 2006г.
4. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В двух томах. Том первый Электроснабжение /Под ред. А.А. Федорова – М.: Энергоатомиздат, 1986г.
5. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий: Проектирование и расчет /А.С. Овчаренко, М.Л. Рабинович, В.И. Мозырский, Д.И. Розинский, - К.: Техника, 1985г.
6. Справочник по наладке вторичных цепей электростанций и подстанций / А.А Антюшин, А.Е. Гомберг, В.П. Караваев и др.; Под ред. Э.С. Мусаэляна. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989г.
7. Шабад М.А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л.: Энергоатомиздат, Ленингр.отд-ние, 1985г.