Проверка трансформаторов тока на 10-процентную погрешность.

Задание №2.

Токи срабатывания защиты и реле определяем по формуле:

 

; Разработать релейные защиты двигателя, данные в таблице №4

Работу выполнить в следующем объеме:

1. рассчитать токи к.з;
2. выбрать типы трансформаторов тока и их коэффициенты трансформации;
3. выбрать тип защиты, тип реле и определить уставки и чувствительность защиты;
4. составить и вычертить принципиальную трехлинейную схему защиты.

 

Задание№3. Разобрать АВР селекционного выключателя Q5 (рис. 1) на постоянном токе, или секционного выключателя Q10 (рис.1) на переменном оперативном токе, или секционного автомата на стороне 0,4 кВ, секционного контактора на стороне 0,4 кВ.

Исходные данные к заданию 3 приведены в задании 1.

Работу выполнить в следующем объеме:

1. составить принципиальную схему АВР;
2. выбрать уставки АВР.

 

3.Порядок выполнения расчетов

1. составляется расчетная схема системы электроснабжения;
2. по расчетной схеме составляется электрическая схема замещения;
3. определяются сопротивления элементов электроснабжения;
4. рассчитываются токи к.з. в установленных точках 3-х фазного к.з и 2-х фазного к.з. и для точки К6 однофазного замыкания на землю.
5. выбираются виды релейной защиты для заданных элементов согласно заданию;
6. выполнить расчеты установок релейной защиты;
7. проверяют чувствительность защиты;
8. проверяются трансформаторы тока на 10% погрешность;
9. выполняются расчеты по селективности работы релейных защит;
10. вычерчиваются выбранные схемы релейной защиты и автоматики.

 

4. Методические указания

Прежде чем приступить к выполнению курсовой работы студенту необходимо в обязательном порядке проработать соответствующий теоретический материал по указанной литературе.

Расчеты релейной защиты следует начинать с выбора и расчета защит удаленных токоприемников, т.е. двигателей на напряжении 0,4 кВ.

Сначала рассчитываются, а затем выбираются стандартные плавкие вставки предохранителей для двигателей М1-М5, затем - плавкую вставку предохранителя, питающего группу электроприемников, после этого – уставки автоматов, питающих электродвигатели М1—М5, уставка автомата, питающего группу электродвигателей, и уставка вводного автомата трансформаторов Т3 и Т4.

Далее выполняется расчет плавкой вставки предохранителя трансформатора Т4, расчет МТЗ трансформатора Т3 и далее расчеты согласно заданию.

4.1. Выбор плавких вставок предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей.

Для легких условий пуска ток плавкой вставки определяется по формуле:

где - пусковой ток электродвигателя:

Где - номинальный ток электродвигателя, который определяется по формуле:

Где — номинальная мощность электродвигателя, кВт;

— номинальное напряжение, В;

сosφ — коэффициент мощности

η — коэффициент полезного действия.

Полученное расчетное значение плавкой вставки сравнивается со стандартным паспортным значением и принимается ближайшее стандартное значение плавкой вставки.

Для тяжелых условий пуска ток плавкой вставки определяется по формуле:

 

Выбор плавкой вставки предохранителя, питающего группу электроприемников, определяется по формулам:

Для легких условий пуска:

где = 0,85—0,9 коэффициент спроса;

— максимальный рабочий ток электродвигателя;

— пусковой ток наиболее мощного электродвигателя;

Для тяжелых условий пуска:

4.2. Выбор уставок автоматов.

1) для защиты асинхронного электродвигателя ток уставки максимального расцепителя автоматического выключателя принимается равным:

Где — пусковой ток электродвигателя. После расчета принимается ближайшее стандартное значение тока уставки;

2) ток уставки максимального расцепителя автомата, питающего группу электродвигателей:

где

Значение величин, входящих в формулу, приводились раньше;

3) выбор уставки автомата от длительных нагрузок силового трансформатора:

Где — номинальный ток трансформатора;

4) выбор уставки автомата для защиты трансформатора от к.з. на стороне 0,4 кВ:

5) выбор уставок секционного автомата на шинах 0,4 кВ силового трансформатора производится по вышеприведенным формулам, но величина токов уменьшается в 2 раза.

 

4.3. Проверка чувствительности предохранителей и автоматов.

Для надежного срабатывания защитного аппарата в возможно короткое время по ПУЭ необходимо, чтобы ток однофазного замыкания в установках, не опасных по взрыву, был бы не менее

трехкратной величины номинального тока плавкой вставки предохранителя или теплового расцепителя автоматического выключателя, т.е.

для предохранителя;

для автомата;

Где — ток однофазного к.з. для токоприемника;

— ток плавкой вставки;

— ток уставки теплового расцепителя автомата.

Для автоматических выключателей, имеющих только расцепители мгновенного срабатывания, должны выполняться соотношения для выключателей с и .

Где — ток уставки расцепителя мгновенного срабатывания автомата.

Чувствительность защиты трансформатора автоматом на стороне 0,4 кВ проверяется по условию

 

где — ток двухфазного к.з. на шинах 0,4 кВ силового трансформатора; — ток уставки трансформатора;

4.4. Время срабатывания предохранителя и автомата .

Для защиты электродвигателя при к.з. время срабатывания предохранителя определяется по кривым, приведенным на рис.2. для выбранного предохранителя в зависимости от величины тока к.з.

Для защиты электродвигателя автоматом принимается автомат с мгновенным расцепителем, т.е. без выдержки времени.

4.5. Селективность между элементами релейной защиты .

Селективность по времени между последовательно установленными предохранителями выполняется при условии:

Где — время перегорания плавкой вставки большего предохранителя, с;

— время перегорания плавкой вставки меньшего предохранителя, с;

Селективность по току между смежными предохранителями выполняется при условии:

Где — ток плавкой вставки большего предохранителя, А;

— ток плавкой вставки меньшего предохранителя, А;

Для двух однотипных предохранителей, установленных в сети напряжением до 1000 В, селективность будет обеспечена, если их вставки отличаются не менее чем на две ступни шкалы номинальных токов.

Селективность между последовательно установленными автоматами по времени выполняется при условии:

где — время срабатывания вышестоящего автомата, с; — время срабатывания нижестоящего автомата, с;

4.6. Расчет релейной защиты электродвигателей напряжением выше 1000 В

Электродвигатели согласно ПУЭ защищают при следующих повреждениях и ненормальных режимах:

При междуфазных к.з. в обмотке статора и на ее выводах;

При однофазных замыканиях обмотки статора на землю: для двигателей мощностью до 200 кВт при токах замыкания на землю 10 А и более, для двигателей мощностью свыше 200 кВт при токах замыкания на землю 5 А и более;

При перегрузке;

При понижении или исчезновении напряжения;

1.) Для защиты двигателя при междуфазных к.з. в обмотке статора принимаем токовую отсечку.

Защита может быть выполнена в двух вариантах:

ПЕРВЫЙ. Защита с применением двух быстродействующих реле РТ-40 и промежуточным реле РП-26 с указателем срабатывания с замедлением на 0,04—0,06 с. Реле тока включается по схеме неполной звезды.

Ток срабатывания защиты находится по формуле:

Где: =1,4 —коэффициент надежности;

— пусковой ток двигателя, А.

Ток срабатывания реле определяется по формуле:

Где: — коэффициент схемы;

— коэффициент трансформации трансформатора тока;

По найденному значению тока выбирается тип реле и ток уставки на ближайшее стандартное значение тока;

ВТОРОЙ. Защита выполняется с помощью электромагнитного элемента реле РТ-80, включенного на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания защиты находится по формуле:

Где: =1,2 —коэффициент надежности;

1,8— коэффициент апериодической составляющей пускового тока;

— пусковой ток двигателя, А.

Ток срабатывания реле определяется по вышеприведенной формуле.

Коэффициент чувствительности защиты находим по формуле:

Значение в соответствии с ПУЭ (1) должно быть не менее 2.

При применении схемы включения одного реле на разность токов двух фаз коэффициент чувствительности определяется по формуле:

При недостаточной чувствительности токовой отсечки на двигателях мощностью более 200 кВт устанавливают продольную дифференциальную защиту. На двигателях мощностью 500 кВт и выше продольную дифференциальную защиту устанавливают обязательно.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты принимают равным:

для реле РТ ;

для реле РНТ

где — номинальный ток двигателя, А;

2.) Для защиты двигателя от перегрузки принимаем

максимальную токовую защиту с использованием реле

РТ-40 и реле времени или реле РТ-80 (индукционный элемент), включенного на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания защиты и реле при перегрузке находим по формулам:

=1,2 —коэффициент надежности для защиты с действием на сигнал;

=1,5-1,75 —коэффициент надежности для защиты с действием на отключение;

— номинальный ток двигателя, А;

=0,7-0,85 — коэффициент возврата.

По найденному значению тока выбираем тип реле и ближайшее стандартное значение тока уставки.

Для создания выдержки времени выбираем реле времени типа ВС-10-31 с пределами выдержки времени 2-60с или реле времени типа ЭВ-245 с пределами 0,5-9с. Уставку времени для защиты от перегрузки принимаем в пределах 12-20с при выполнении условия:

где:

—допустимая длительность разгона при самозапуске;

—фактическое время самозапуска двигателя;

— выдержка времени при перегрузке;

Для защиты синхронных двигателей от перегрузки принимают защиту с действием на сигнал при токе срабатывания защиты равном =1,25 и с током срабатывания защиты =(1,4-1,5) с действием на отключение. Последняя защита выполняет роль защиты от асинхронного хода синхронного двигателя;

3.) Для решения вопроса о применении защиты двигателя при однофазных замыканиях на землю определяем ток срабатывания защиты по формуле:

где:

= 1,2-1,3 — коэффициент надежности;

— коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока двигателя при внешних перемещающихся замыканиях на землю;

= 4-5 для защиты без выдержки времени;

=1,5-2 для защиты с временем действия 1-2с;

Для защиты применяют реле РТЗ-50, имеющие выдержку времени. Поэтому в расчетах =1,75. Значение емкостного тока можно принять по паспортным данным или вычислить по формуле:

— номинальное напряжение двигателя, В;

=314 — угловая частота;

— емкость двигателя, определяемая по формуле:

Где: =40 — коэффициент, учитывающий класс изоляции (класс Б) при t=25º C.

— номинальная мощность двигателя, кВА;

—номинальная частота вращения ротора двигателя, об/мин;

4.) Напряжение срабатывания защиты двигателя при понижении напряжения выбираем таким, чтобы обеспечивался самозапуск других более ответственных двигателей, т.е. 60-70% . Для этой защиты используются реле напряжений РН-54/160 с питанием от трансформаторов напряжения.

Напряжение срабатывания реле находим по формуле:

 

где:

— номинальное напряжение двигателя, В;

=1,2— коэффициент возврата реле;

=1,25— коэффициент надежности;

— коэффициент трансформации трансформатора напряжений.

Время срабатывания защиты минимального напряжения принимается равной 0,5 с, а с учетом техники безопасности и технологии производства выдержка времени может приниматься в пределах 6-10с. Напряжение срабатывания защиты в этом случае равно 50%

Защита при междуфазных КЗ

Для защиты трансформатора при междуфазных КЗ применяем

дифференциальную защиту с реле типа РНТ-565. При расчетах руководствуемся рекомендациями, изложенными в [7,стр.310-стр.318].

 

 

Расчёт проводим в табличной форме.

Наименование величины	Расчётные выражения для сторон
ВН	НН
Первичный ток защиты трансформатора, А	Выбираем для Uн=35 кВ трансформатор тока типа ТФЗМ 35–50/5– У1–0,5/10Р/10Р	Выбираем для Uн=6 кВ трансформатор тока типа ТЛМ 6–250/5–У3–0,5/10Р
Схема соединения обмоток тр- ра
Схема соединения трансформаторов тока
Коэффициент схемы
Коэффициент трансформации трансформатора тока
Вторичный ток в плечах защиты, соответствующий ном. S тр-ра А
Ток срабатывания реле
Расчётное число витков обмотки НТТ реле для основной стороны трансформатора. За основную сторону принимаем сторону с большим током срабатывания	, где
Предварительно принятое число витков для основной стороны
Расчётное число витков НТТ реле для неосновной стороны
Предварительно принятое число витков обмотки НТТ реле для неосновной стороны
Составляющая первичного тока небаланса обусловленная округлением расчётного числа витков неосновной стороны, А
Первичный расчётный ток небаланса с учётом составляющей
Уточнённое значение тока срабатывания реле на основной стороне, А
Уточнённое значение тока срабатывания защиты на основной стороне, А
Действительное значение коэффициента отстройки.

 

 

Примечания:

- , коэффициент, учитывающий апериодическую составляющую тока КЗ

(принимаем 1, так как используем реле с быстронасыщаемыми трансформаторами);

- , коэффициент, учитывающий однотипность трансформаторов тока;

- - погрешность трансформатора тока;

- , коэффициент, учитывающий наличие РПН;

- , коэффициент надежности;

- намагничивающая сила срабатывания реле.

Защита от перегрузки

Для защиты от перегрузки используем токовое реле, которое включаем в любую фазу т. к. перегрузка носит симметричный характер. Ток срабатывания защиты определяем по формуле

где =1,05; - коэффициент возврата (для реле РТ-40: = 0,8);

А

Ток срабатывания реле:

Для выполнения защиты выбираем токовое реле (марка) с током срабатывания .

Соединение катушек параллельное (последовательное).

Выдержка времени защиты от перегрузки выбирается на ступень селективности больше выдержки времени МТЗ:

Для создания выдержки времени применяем реле времени ЭВ-124.

Задание №2.

Токи срабатывания защиты и реле определяем по формуле:

 

; Разработать релейные защиты двигателя, данные в таблице №4

Работу выполнить в следующем объеме:

1. рассчитать токи к.з;
2. выбрать типы трансформаторов тока и их коэффициенты трансформации;
3. выбрать тип защиты, тип реле и определить уставки и чувствительность защиты;
4. составить и вычертить принципиальную трехлинейную схему защиты.

 

Задание№3. Разобрать АВР селекционного выключателя Q5 (рис. 1) на постоянном токе, или секционного выключателя Q10 (рис.1) на переменном оперативном токе, или секционного автомата на стороне 0,4 кВ, секционного контактора на стороне 0,4 кВ.

Исходные данные к заданию 3 приведены в задании 1.

Работу выполнить в следующем объеме:

1. составить принципиальную схему АВР;
2. выбрать уставки АВР.

 

3.Порядок выполнения расчетов

1. составляется расчетная схема системы электроснабжения;
2. по расчетной схеме составляется электрическая схема замещения;
3. определяются сопротивления элементов электроснабжения;
4. рассчитываются токи к.з. в установленных точках 3-х фазного к.з и 2-х фазного к.з. и для точки К6 однофазного замыкания на землю.
5. выбираются виды релейной защиты для заданных элементов согласно заданию;
6. выполнить расчеты установок релейной защиты;
7. проверяют чувствительность защиты;
8. проверяются трансформаторы тока на 10% погрешность;
9. выполняются расчеты по селективности работы релейных защит;
10. вычерчиваются выбранные схемы релейной защиты и автоматики.

 

4. Методические указания

Прежде чем приступить к выполнению курсовой работы студенту необходимо в обязательном порядке проработать соответствующий теоретический материал по указанной литературе.

Расчеты релейной защиты следует начинать с выбора и расчета защит удаленных токоприемников, т.е. двигателей на напряжении 0,4 кВ.

Сначала рассчитываются, а затем выбираются стандартные плавкие вставки предохранителей для двигателей М1-М5, затем - плавкую вставку предохранителя, питающего группу электроприемников, после этого – уставки автоматов, питающих электродвигатели М1—М5, уставка автомата, питающего группу электродвигателей, и уставка вводного автомата трансформаторов Т3 и Т4.

Далее выполняется расчет плавкой вставки предохранителя трансформатора Т4, расчет МТЗ трансформатора Т3 и далее расчеты согласно заданию.

4.1. Выбор плавких вставок предохранителей для защиты асинхронных электродвигателей.

Для легких условий пуска ток плавкой вставки определяется по формуле:

где - пусковой ток электродвигателя:

Где - номинальный ток электродвигателя, который определяется по формуле:

Где — номинальная мощность электродвигателя, кВт;

— номинальное напряжение, В;

сosφ — коэффициент мощности

η — коэффициент полезного действия.

Полученное расчетное значение плавкой вставки сравнивается со стандартным паспортным значением и принимается ближайшее стандартное значение плавкой вставки.

Для тяжелых условий пуска ток плавкой вставки определяется по формуле:

 

Выбор плавкой вставки предохранителя, питающего группу электроприемников, определяется по формулам:

Для легких условий пуска:

где = 0,85—0,9 коэффициент спроса;

— максимальный рабочий ток электродвигателя;

— пусковой ток наиболее мощного электродвигателя;

Для тяжелых условий пуска:

4.2. Выбор уставок автоматов.

1) для защиты асинхронного электродвигателя ток уставки максимального расцепителя автоматического выключателя принимается равным:

Где — пусковой ток электродвигателя. После расчета принимается ближайшее стандартное значение тока уставки;

2) ток уставки максимального расцепителя автомата, питающего группу электродвигателей:

где

Значение величин, входящих в формулу, приводились раньше;

3) выбор уставки автомата от длительных нагрузок силового трансформатора:

Где — номинальный ток трансформатора;

4) выбор уставки автомата для защиты трансформатора от к.з. на стороне 0,4 кВ:

5) выбор уставок секционного автомата на шинах 0,4 кВ силового трансформатора производится по вышеприведенным формулам, но величина токов уменьшается в 2 раза.

 

4.3. Проверка чувствительности предохранителей и автоматов.

Для надежного срабатывания защитного аппарата в возможно короткое время по ПУЭ необходимо, чтобы ток однофазного замыкания в установках, не опасных по взрыву, был бы не менее

трехкратной величины номинального тока плавкой вставки предохранителя или теплового расцепителя автоматического выключателя, т.е.

для предохранителя;

для автомата;

Где — ток однофазного к.з. для токоприемника;

— ток плавкой вставки;

— ток уставки теплового расцепителя автомата.

Для автоматических выключателей, имеющих только расцепители мгновенного срабатывания, должны выполняться соотношения для выключателей с и .

Где — ток уставки расцепителя мгновенного срабатывания автомата.

Чувствительность защиты трансформатора автоматом на стороне 0,4 кВ проверяется по условию

 

где — ток двухфазного к.з. на шинах 0,4 кВ силового трансформатора; — ток уставки трансформатора;

4.4. Время срабатывания предохранителя и автомата .

Для защиты электродвигателя при к.з. время срабатывания предохранителя определяется по кривым, приведенным на рис.2. для выбранного предохранителя в зависимости от величины тока к.з.

Для защиты электродвигателя автоматом принимается автомат с мгновенным расцепителем, т.е. без выдержки времени.

4.5. Селективность между элементами релейной защиты .

Селективность по времени между последовательно установленными предохранителями выполняется при условии:

Где — время перегорания плавкой вставки большего предохранителя, с;

— время перегорания плавкой вставки меньшего предохранителя, с;

Селективность по току между смежными предохранителями выполняется при условии:

Где — ток плавкой вставки большего предохранителя, А;

— ток плавкой вставки меньшего предохранителя, А;

Для двух однотипных предохранителей, установленных в сети напряжением до 1000 В, селективность будет обеспечена, если их вставки отличаются не менее чем на две ступни шкалы номинальных токов.

Селективность между последовательно установленными автоматами по времени выполняется при условии:

где — время срабатывания вышестоящего автомата, с; — время срабатывания нижестоящего автомата, с;

4.6. Расчет релейной защиты электродвигателей напряжением выше 1000 В

Электродвигатели согласно ПУЭ защищают при следующих повреждениях и ненормальных режимах:

При междуфазных к.з. в обмотке статора и на ее выводах;

При однофазных замыканиях обмотки статора на землю: для двигателей мощностью до 200 кВт при токах замыкания на землю 10 А и более, для двигателей мощностью свыше 200 кВт при токах замыкания на землю 5 А и более;

При перегрузке;

При понижении или исчезновении напряжения;

1.) Для защиты двигателя при междуфазных к.з. в обмотке статора принимаем токовую отсечку.

Защита может быть выполнена в двух вариантах:

ПЕРВЫЙ. Защита с применением двух быстродействующих реле РТ-40 и промежуточным реле РП-26 с указателем срабатывания с замедлением на 0,04—0,06 с. Реле тока включается по схеме неполной звезды.

Ток срабатывания защиты находится по формуле:

Где: =1,4 —коэффициент надежности;

— пусковой ток двигателя, А.

Ток срабатывания реле определяется по формуле:

Где: — коэффициент схемы;

— коэффициент трансформации трансформатора тока;

По найденному значению тока выбирается тип реле и ток уставки на ближайшее стандартное значение тока;

ВТОРОЙ. Защита выполняется с помощью электромагнитного элемента реле РТ-80, включенного на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания защиты находится по формуле:

Где: =1,2 —коэффициент надежности;

1,8— коэффициент апериодической составляющей пускового тока;

— пусковой ток двигателя, А.

Ток срабатывания реле определяется по вышеприведенной формуле.

Коэффициент чувствительности защиты находим по формуле:

Значение в соответствии с ПУЭ (1) должно быть не менее 2.

При применении схемы включения одного реле на разность токов двух фаз коэффициент чувствительности определяется по формуле:

При недостаточной чувствительности токовой отсечки на двигателях мощностью более 200 кВт устанавливают продольную дифференциальную защиту. На двигателях мощностью 500 кВт и выше продольную дифференциальную защиту устанавливают обязательно.

Ток срабатывания продольной дифференциальной защиты принимают равным:

для реле РТ ;

для реле РНТ

где — номинальный ток двигателя, А;

2.) Для защиты двигателя от перегрузки принимаем

максимальную токовую защиту с использованием реле

РТ-40 и реле времени или реле РТ-80 (индукционный элемент), включенного на разность токов двух фаз.

Ток срабатывания защиты и реле при перегрузке находим по формулам:

=1,2 —коэффициент надежности для защиты с действием на сигнал;

=1,5-1,75 —коэффициент надежности для защиты с действием на отключение;

— номинальный ток двигателя, А;

=0,7-0,85 — коэффициент возврата.

По найденному значению тока выбираем тип реле и ближайшее стандартное значение тока уставки.

Для создания выдержки времени выбираем реле времени типа ВС-10-31 с пределами выдержки времени 2-60с или реле времени типа ЭВ-245 с пределами 0,5-9с. Уставку времени для защиты от перегрузки принимаем в пределах 12-20с при выполнении условия:

где:

—допустимая длительность разгона при самозапуске;

—фактическое время самозапуска двигателя;

— выдержка времени при перегрузке;

Для защиты синхронных двигателей от перегрузки принимают защиту с действием на сигнал при токе срабатывания защиты равном =1,25 и с током срабатывания защиты =(1,4-1,5) с действием на отключение. Последняя защита выполняет роль защиты от асинхронного хода синхронного двигателя;

3.) Для решения вопроса о применении защиты двигателя при однофазных замыканиях на землю определяем ток срабатывания защиты по формуле:

где:

= 1,2-1,3 — коэффициент надежности;