Расчёт токов короткого замыкания, релейной защиты и автоматики для кабельной линии

По допустимому нагреву принимаем кабель сечением 16 [Л5-табл 1.3.16].

X0 - индуктивное сопротивление линии, принимаем равным 0.08 Ом/км [Л9 - 75]

R0 = активное сопротивление линии

-удельная проводимость провода, для алюминия =32 [Л6-132].

S - сечение проводника,

R0 = Ом

Ом

Определяем полное сопротивление до точки К3

Zп6=Zп3+Zкл, Zп3=1.784+1,9=3,684Ом

Ток трёхфазного к. з. в т. К3. равен:

, кА

Ток двухфазного к. з. в т. К3., равен:

, кА

3. Выбор комплектных трансформаторных подстанций и распределительных устройств

3.1 Из [Л2 - 532] выбираем КТП - 630 – 2500

Sном. т =2500кВА; тип силового трансформатора ТМН-2500/10;

тип шкафа на стороне 10 кВ - ШВВ5, на стороне 0.4 кВ - ШЛН5М; тип коммутационного аппарата: на 10 кВ ВНРу-10, на отходящих линиях 0.4 кВ - А3736Ф, А3794Б, Э06В, Э16В; габариты 1200ґ1400ґ2510; габариты шкафов 0.4 кВ - 1100ґ1500ґ2200. Некоторые элементы шкафа можно заменять по просьбе заказчика на заводе изготовителе.

Для установки в КТП необходимо выбрать: предохранители в комплекте с выключателем нагрузки на высокой стороне для защиты трансформатора и автоматические выключатели на низкой стороне, для защиты линии

3.2 Номинальный ток трансформатора на стороне 10 кВ равен

А

Условие выбора плавких предохранителей:

Iвст і Iном. вн

К установке принимаем предохранитель типа ПКТ104-10-20, У3 [Л3-221]:

Таблица 2. Основные технические данные предохранителей

3.3 Номинальный ток трансформатора на стороне 0.4 кВ определяем по формуле

, кА

К установке принимаем автоматический выключатель "Электрон"

с полупроводниковым реле РМТ на напряжение до 660 кВ.

[Л11 - табл.21]

Таблица 3. Технические данные автоматического выключателя:

Условия выбора автоматических выключателей:

1. Uн. в≥Uр 0.66≥0.4 кВ

2. Iн. расц≥Iр 4000≥3600 А

3. Iс. о=К Iн. б

Iс. о=1,6*4000=6400 А

Где: Uн. в - номинальное напряжение выключателя

Uр, Iр - рабочий ток напряжение линии

Iн. расц - номинальный ток расцепителя

Iс. о - ток срабатывания отсечки

К - уставка п/п реле РМТ, принимаем К =1,6 [Л11 - 91]

Iн. б - номинальный базовый ток МТЗ, А

4. Проверяем автоматический выключатель по чувствительности:

где: Iкз (2) - минимальный ток короткого замыкания в месте установки автоматического выключателя

т.к. kч > 1.5, следовательно автомат по чувствительности проходит. [Л11-93]

Выбор автоматических выключателей на отходящих линиях.

Так как от КТП по низкой стороне может отходить до 8 линий 0.4 кВ, то принимаем 6 отходящих линий.

Следовательно, ток, проходящий по каждой из линий будет равен:

, А

К установке принимаем автоматический выключатель "Электрон"

с полупроводниковым реле РМТ на напряжение до 660 кВ.

[Л11 - табл.21]

Таблица 4. Технические данные автоматического выключателя:

Условия выбора автоматических выключателей:

1. Uн. в≥Uр 0.66≥0.4 кВ

2. Iн. расц≥Iр 630≥600 А

3. Iс. о=К Iн. б

Iс. о=1,6*630=1008 А

4.

т.к. kч > 1.5, следовательно автомат по чувствительности проходит. [Л11-93]

4. Выбор устройств РЗ и А для элементов системы электроснабжения

Из [Л5 - 3.2.91] для линий в сетях с изолированной нейтралью (в том числе и с нейтралью, заземлённой через дугогасительный реактор) должны быть предусмотрены устройства РЗ от многофазных замыканий и от однофазных замыканий на землю.

Из [Л5 - 3.2.92] Защиту от многофазных замыканий следует предусматривать в двухфазном исполнении и включать в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения для обеспечения отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения.

Защита должна быть выполнена в одно-, двух - или в трехрелейном исполнении.

4.1 Составляем разнесённую схему релейной защиты

Рис.8. Разнесенная схема релейной защиты.

Принимаем следующие виды защит на линии:

Предохранители

Автоматические выключатели

МТЗ и отсечка, выполненная на реле РТ-85

5. Расчет параметров релейной защиты

5.1 Рассчитываем МТЗ и отсечку выполненную на реле РТ-85

Т. к. на линии установлен реактор с Iр = 600 А, а по заданию по линии протекает ток 0.8ЧIном. нагр = 0.8Ч600 = 480 А, то из [Л5 - табл.1.3.6] выбираем кабель с током Iном= 500 А и сечением 185 мм2

Из [Л6 - 18.10] выбираем два трансформатора тока типа ТПЛ10-500/5-0.5/Р, которые в свою очередь проверяются на 10% -ную погрешность.

Если в результате проверки будет установлено, что трансформаторы тока не проходят по условиям 10% -ной погрешности (eрасч > eдоп), то принимают следующие меры:

снижают вторичную нагрузку, увеличив площадь соединения соединительных проводов;

для встроенных трансформаторов тока применяют схему последовательного включения 2х трансформаторов тока в одну фазу;

если реле включены на разность токов двух фаз, переходят на схему неполной звезды;

выбирают для эксплуатации трансформаторы тока с большим коэффициентом трансформации или заменяют встроенные трансформаторы тока выносными.

5.2 Принимаем схему МТЗ не полная звезда с реле типа РТ85 на переменном оперативном токе

Реле типа РТ-85 или РТ-86 с мощными переключающими контактами и ограниченно зависимой выдержкой времени. Предназначено для дешунтирования отключающих катушек выключателей.

Рис.9. Схема МТЗ не полная звезда с реле РТ-85

В этой схеме в фазах А и С стоят реле тока КА1 и КА2. Они имеют по одному контакту. При нормальном режиме ток по электромагнитам YAT и КА1.1 и КА2.1 не протекает.

При к. з. ток протекает по обоим токовым реле, которые в свою очередь замыкают свои контакты КА1.1 и КА2.1 в цепях электромагнитов отключения.

Использование переходного контакта исключает разрыв цепи трансформатора тока при срабатывании защиты.

5.3 Определяем ток уставки реле РТ85/1

;

где: kн = 1.2 - коэффициент надежности;

kв = 0.85 - коэффициент возврата (для реле РТ-85);

kсх = 1 - коэффициент схемы (т.к схема неполная зведа);

коэффициенты берём из [Л7 - стр.230]

nт = 60 - коэффициент трансформации трансформаторов тока;

Iнагр - ток нагрузки проходящий по кабельной линии.

А

Принимаем ток установки реле 7 А.

5.4 Рассчитаем ток срабатывания отсечки

где: Ik. max - трёхфазный ток к. з. в точке К2.

А

т.к установка отсечки реле РТ-85 равна 2ё8, а ток установки 10 А, то следовательно принимаем установку реле 5 на наибольший ток срабатывания отсечки 50 А.

По расчетам установка 5 проходит.

5.5 Определяем коэффициент чувствительности отсечки

где: Ik. min - двухфазный ток к. з. в точке К2.

Следовательно, защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

6. Расчет селективности действия защит

Для определения действия селективности защит строим их характеристики друг относительно друга.

1. Автоматический выключатель ВА 53-41

2. Автоматический выключатель "Электрон" с полупроводниковым реле РМТ.

Предохранители типа ПКТ103-10-80-12.5У3

МТЗ с отсечкой, выполненное на реле типа РТ-85.

Для удобства построения приводим характеристики всех защит к одному напряжению 10 кВ.

Для РТ-85 ток срабатывания защиты будет равен:

(7.1)

А

Кратность тока срабатывания к току срабатывания защиты будет равна:

(7.2)

Принимаем установку 6.

Из построенных зависимостей видно что выбранная аппаратура по селективности проходит. Следовательно, расчет произведен верно.

7. Выбор и описание работы устройства АРВ

Рис.10. Схема АВР двухстороннего действия для двухтрансформаторной п/с

а) - поясняющая схема; б) - схема АВР и управления выключателем Q1 (аналогично Q2); в) - схема АВР для секционного выключателя.

Данная схема применяется на сельских 2х -трансформаторных п/с 110…35/10 кВ, где все выключатели оборудованы пружинными приводами. Секционный выключатель Q3 нормально отключен и включается устройством АВР при отключении выключателей ввода напряжением 10 кВ Q1 или Q2 или исчезновение напряжения на шинах 6 (10) кВ секций I или II в результате отключения питающей линии электропередачи W1 или W2. Особенность схемы АВР - при восстановлении напряжения на питающей линии автоматически восстанавливается нормальная схема п/с.

Пусковой орган схемы АВР состоит из двух реле времени KT1 и KT2, Выполняющих одновременно роль органов минимального напряжения и выдержки времени. При снижении или исчезновении напряжения реле при возврате якоря обеспечивают заданную выдержку времени. Обмотки реле подключаются к разным трансформаторам: KT1 - к трансформатору собственных нужд (ТСН1), а КТ2 - к измерительному трансформатору (ТН1). При этом исключается возможность ложной работы пускового органа при неисправностях в цепях напряжения.

На рис.10 контакты выключателей и реле показаны для рабочего положения: выключатели Q1 и Q2 включены, в результате чего имеется напряжение на шинах 6 (10) кВ подстанции; приводы всех выключателей подготовлены для операции включения; реле положения выключателей "Включено" KQC находятся под напряжением и их контакты замкнуты. Напряжение на шинки обеспеченного питания (ШОП) подается ТСН1 и ТСН2.

При повреждении, например, трансформатора Т1 под действием релейной защиты отключается выключатель Q1, замыкается его вспомогательный контакт SQ1.3 в цепи включения секционного выключателя Q3 и последний включается, т.е. происходят АВР без выдержки времени и восстановление напряжения на секции I. Однократность действия АВР обеспечивается тем, что при отключении выключателя Q1 реле KQC теряет питание и размыкает свой контакт KQC.2 в цепи автоматической подготовки привода выключателя Q3. Схема АВР перестаёт действовать при отключении контактной перемычки (накладки) XB2.

Схема работает в другом аварийном режиме - при отключении, например, питающей линии W1 - с помощью пускового органа минимального напряжения. При исчезновении напряжения со стороны линии W1 реле КТ1 и КТ2 возвращается в исходное состояние, с выдержкой времени замыкаются их контакты КТ1.2 и КТ2.2 в цепях отключения выключателя Q1. Выключатель Q1 отключается, и далее схема АВР действует на включение выключателя Q3 так же, как описано ранее. Напряжение на шинах секции I восстанавливается, якорь реле КТ2 втягивается, и его контакт КТ2.1 замыкается, а контакт КТ2.2 размыкается. Реле КТ1 по-прежнему находится в исходном состоянии, и его контакт КТ1.1 разомкнут. В данном случае реле КТ1 используют для контроля за появлением напряжения со стороны питающей линии. Пусковым же органом восстановления нормальной предварительной схемы п/с служит реле времени КТ3, срабатывающее при подаче напряжения.

Если напряжение о стороны линии W1 появилось, то срабатывает реле КТ1 и замыкает свой контакт КТ1.1 При этом начинает работать реле КТ3, которое своим проскальзывающим контактом КТ3.2 (замыкается на 1…1.5 с) создаёт цепь на включение выключателя Q1, а конечным контактом КТ3.3 - цепь на отключение секционного выключателя Q3. Таким образом, восстанавливается нормальная схема п/с с отключенным выключателем Q3 который автоматически подготавливается к будущему действию устройства АВР. [Л1 - стр.368]

Список использованной литературы

1. Будзко И.А., Лещинская Т.Б. Электроснабжение сельского хозяйства - М: Колос, 2000. - 536 с.

2. Неклепаев Б.Н. Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. - М: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

3. Руководящие материалы по проектированию электроснабжения с.-х. - М: РАО "ЕЭС России" АО РОСЭП, 2001. - 74 с.

4. Нормы технологического проектирования электрических сетей с.-х. назначения НТПС-88 - М: АО РОСЭП, 1997.

5. Правила устройств электроустановок.6 издание. - М.: Госэнергонадзор 2000. - 608 с.

6. Федоров А.А. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию. - М.: Энергоатомиздат. - 1987 - 592 с.

7. Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование. - М.: Агропромиздат, 1990. - 351 с.

8. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения - М.: Высш. шк., 1991. - 496 с.