Выбор компенсирующего устройства

В условиях дефицита энергетических ресурсов, роста стоимости электроэнергии, значительного роста и развития производства и инфраструктуры городов актуальна проблема энергосберегающих технологий транспортировки, потребления электроэнергии. Экономия электроэнергии на предприятиях зависит, прежде всего, от ее эффективного использования при работе отдельных промышленных систем и технологических установок. Такими стандартными системами и установками любых производственных процессов являются системы освещения, электродвигатели технологического оборудования, электронагревательные установки, сварочное оборудование, преобразователи, трансформаторы и др.

Большинство электрических установок наряду с активной мощностью (Р, кВт) потребляют и реактивную мощность (Q, кВАр) для обеспечения нормального режима работы. В отличие от активной энергии, которая преобразуется в полезные – механическую, тепловую и прочие энергии, реактивная энергия не связана с выполнением полезной работы, а расходуется на создание электромагнитных полей. Реактивная мощность является фактором, снижающим качество электроэнергии, приводящим к таким отрицательным явлениям, как увеличение платы поставщику электроэнергии, дополнительные потери в проводниках, вследствие увеличения тока, завышения мощности трансформаторов и сечения кабелей, отклонение напряжения сети от номинала. Передача и потребление реактивной мощности сопровождается потерями активной мощности. Для электрической сети важно соблюдать баланс полной мощности (количество производимой электроэнергии должно соответствовать количеству потребляемой электроэнергии). При этом необходимо обеспечивать баланс реактивной мощности как для системы в целом, так и для отдельных узлов питающей сети. Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети, росту потерь. Величиной, характеризующей потребляемую реактивную мощность, является коэффициент мощности. Коэффициент мощности – это соотношение активной мощности (P, кВт) и полной мощности (S, кВАр), потребляемой электроприемником из сети. Технико – экономическое значение коэффициента мощности cos φ заключается в том, что от его значения зависят эффективность использования электрических установок и, следовательно, капитальные и эксплуатационные расходы.

 

Выбор конденсаторов:

По условию надо выбрать мощность КУ, так чтобы на первой секции шин РП-1 tg(φ)поддерживалось равным 0,36(согласно варианту).

→ cos(φ)=0,94

Находим исходный tg(φ):

Далее, исходя из этих данных, можем найти мощность КУ[5]:

α=0,9 – коэф. учитывающий возможность компенсации за счет мероприятий, не требующих применения КУ.

Определяем мощность конденсаторов на фазу:

Теперь, исходя из и U_ном=10 кВ, для компенсации выбираем силовые косинусные конденсаторы [10]:

КЭП-10,5-50-2У1

К – назначение (для повышения коэффициента мощности);

Э – род пропитки (экологически безопасная синтетическая жидкость);

П – чистопленочный диэлектрик;

10,5 – номинальное напряжение, кВ;

50 – номинальная мощность, кВАр;

2 – количество изолированных выводов;

УХЛ1 – климатическое исполнение.

Определяем мощность БСК:

где n – количество конденсаторов на фазу = 5

Q₁ – мощность одного конденсатора, кВАр = 50.

Проверяем по tanφ[5]:

Данное значение tg(φ) удовлетворяет заданным значениям, и максимально приближено к требуемому по заданию tg(φ), т.е. убеждаемся в правильности выбора.

6.1 Защита конденсаторной установки:

Согласно [3] необходимо предусмотреть следующие типы защит:

- защиту от токов к.з;

- защиту от повышения напряжения;

- защиту от перегрузки токами высших гармоник.

 

По [9]:На рис. 17.2, б показана схема защиты и одноступенчатого регулиро­вания напряжения в функции времени конденсаторной установки высо­кого напряжения (рис. 17.2, а). Контакты электрических часов РТ, замы­каясь на = 15 с, включают одно из двух реле времени КТ1 или КТ2 (в зависимости от положения выключателя Q и его вспомогательных кон­тактов Q.3—Q.4). При отключенном выключателе работает реле КТ1 и по­сле выдержки времени = 9... 10 с контактом КТ1 воздействует на элек­тромагнит YAC включения выключателя Q. После включения выключате­ля и переключения его вспомогательных контактов начинает работать реле времени КТ2, имеющее выдержку времени t₂ = t₁. Сумма выдержек времени двух реле выбрана большей времени замкнутого состояния кон­тактов РТ, поэтому реле времени КТ2 не успевает доработать и конденса­торная установка остается подключенной к шинам до момента очередно­го замыкания контактов РТ, приводящего к ее отключению. Конденса­торная установка имеет общую защиту от коротких замыканий и перегрузки. Защита выполнена посредством комбинированных реле КАТ1 и КАТ2 типа РТ-80. Для защиты от повышения напряжения использова­ны реле KV и КТЗ. При срабатывании защит промежуточное реле KL самоудерживается (контактом KL.3) и разрывает цепь включения выклю­чателя (контактом KL.1). Самоудерживание снимается кнопочным вы­ключателем SB. Источником переменного оперативного тока служит трансформатор собственных нужд подстанции с конденсаторной установ­кой.

 

 

защита от многофазных к.з. предусматривается для всей конденсаторной установки в целом. В сетях напряжением выше 1 кВ - плавкими предохранителями или двухфазной токовой отсечкой. Кроме того, предусматривается групповая защита батарей, из которых состоит установка. Групповая защита не требуется, если конденсаторы снабже­ны индивидуальной защитой.

Номинальный ток плавкой вставки предохранителя и ток срабаты­вания защиты выбирают с учетом отстройки от токов переходного про­цесса при включении конденсаторной установки и толчков тока при пе­ренапряжениях по условию номи­нальный ток конденсаторной установки или отдельных ее элементов (для групповой защиты и защиты секций); = 2,0...2,5. Большее зна­чение коэффициента отстройки принимают для плавких вставок.

Выбор трансформаторов тока защиты от токов короткого замыкания:

Ток проходящий по одной фазе КУ , тогда ток проходящий по одному конденсатору

Исходя из этого тока, выбираем предохранитель на конденсатор

По [1] выбираем ПС-10У1 [1]

В качестве защитного устройства выбираем 2 комбинированных реле типа РТ-80 [1].

Реле тока подключаются к вторичной защитной обмотке тр-ра тока, который выбирается по

и U_ном=10(кВ)

Выбираем трансформатор ТПЛ – 10 [5] на 300 (А).=> =300(A)

.

Ток срабатывания реле:

, где

К_СХ – коэффициент схемы, зависящий от схемы соединения трансформатора тока;

К_ТТ – коэффициент трансформации трансформатора тока.

К_сх=1;

К_тт=

 

Чувствительность защиты считается достаточной при > 2.

Защита от перегрузки предусматривается в тех случаях, ко­гда возможна перегрузка конденсаторов высшими гармоническими тока из-за непосредственной близости мощных выпрямительных установок. Защита выполняется общей для всей конденсаторной установки и дей­ствует на ее отключение с выдержкой времени порядка = 9 с. Ток срабатывания защиты определяется условием

Тогда ток срабатывания реле

 

Защита от повышения напряжения устанавливается, если при повышении напряжения к единичному конденсатору может быть длительно приложено напряжение более 1,1 . Защита выполня­ется одним максимальным реле напряжения и реле времени. Напряже­ние срабатывания определяется условием = 1,1* , а выдержка вре­мени принимается равной t_C.3. = 3...5 мин.

Для защиты от повышения напряжения выбираем реле напряжения типа

РН 53/200 [10].

И реле времени типаРеле времени 24V(DC)ST3PC-B (1- 6 min) [10]

Это реле выполнены на элементной базе, с аналоговой установкой временных интервалов.
Эти реле соединяются со вторичной обмоткой тр-ра напряжения

НТМИ-10-66 [5]

Первичное напряжение срабатывания защиты от повышения напряжения

 

Напряжение срабатывания реле Предусматривается автомати­ческое повторное включение конденсаторной установки после восстановления первоначального уровня напряжения, но не ранее чем через 5 мин после ее отключения.

 

 

7. Расчет и выбор уставок МТЗ и токовой отсечки для радиальной линии Л₄.

Для осуществления защит для кабельной линии Л₄ используем микропроцессорное устройство защиты «Сириус – 2 – Л», исходя из

Таблицы сравнения функций, выполняемых разными устройствами
Наименование параметра	Фирма – производитель и тип аппаратуры	Тех. требования ОАО Волжская ГЭС
АВВ (СПАК 810)	Шнейдер–Эл. (Сепам 1000+)	Радиус (Сириус-2Л)	ГОСАН (БИМ)	Механотроника (МРЗД)	Бреслер (ТЭМП)
1. Функции защит и автоматики
МТЗ	3 ступени	есть	4 ступени	Во всех видах защит, кроме Р06	2 ступени		+
Ускорение МТЗ	+	М.б. выполнена пользовательской логикой	+	Во всех видах защит, кроме Р06	есть		+
Земляная з-та на высших гармониках	+	нет	+	Р01, Р06	Есть		-
ОНМ	+	+	+	?	Есть		-
ЗОФ (по U2)	+	+	+	?	?		-
УРОВ	+ Контроль тока от отдельного реле	+ Контроль тока от реле МТЗ	+ Контроль тока от реле МТЗ	Во всех видах защит, кроме Р06	+ Контроль тока от реле МТЗ		+
Логическая селективность	+	+	+	?			+
ЛЗШ	+	+	+	?	Есть		+
АВР	+	+	+	Р07,Р02			+
Защита от однофазных к.з. на стороне 0,4кВ	(+) - по заказу	(+) - по заказу	-	?	?		+
ОМП	+	нет	+	?	?		+

 

, т.е. выбираю «Сириус – 2 - Л» т.к. он способен осуществить функции, требующие в задание,а также дополнительные функции:

- Трехступенчатая максимальная токовая защита (МТЗ) от междуфазных по-вреждений с контролем двух или трех фазных токов.

- Автоматический ввод ускорения любых ступеней МТЗ при любом включении выключателя.

- Защита от обрыва фазы питающего фидера (ЗОФ).

- Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) по сумме высших гармоник.

- Защита от однофазных замыканий на землю по току основной частоты.

- Выдача сигнала пуска МТЗ для организации логической защиты шин.

Функции автоматики, выполняемые устройством:

- Операции отключения и включения выключателя по внешним командам. За-щита «от прыгания» выключателя.

- Возможность подключения внешних защит, например, дуговой, или от одно-фазных замыканий на землю.

- Формирование сигнала УРОВ при отказах своего выключателя.

- Одно- или двукратное АПВ.

- Исполнение внешних сигналов АЧР и ЧАПВ.

Дополнительные сервисные функции:

- Определение места повреждения при срабатывании МТЗ.

- Фиксация токов в момент аварии.

- Дополнительная ступень МТЗ-4 для реализации «адресного» отключения или сигнализации длительных перегрузок.

- Измерение времени срабатывания защиты и отключения выключателя.

- Встроенные часы-календарь.

- Измерение текущих фазных токов.

- Дополнительные реле и светодиоды с функцией, заданной пользователем.

- Цифровой осциллограф.

- Регистратор событий.

 

 

Максимально-токовая защита.

Для МТЗ требуется рассчитать и выбирать две уставки:

1. Уставка по току. Её необходимо рассчитывать и выбирать с учетом следующих четырех требований:

· Защита не должна срабатывать при максимальном токе нагрузки, т.е.

· Защита должна надежно срабатывать при КЗ в любой точке защищаемого участка, при чем согласно ПУЭ К_ч≥1,5

· Защита должна срабатывать также при КЗ на соседнем участке сети, при этом К_ч≥1,2. В этом случае защита работает как резервная.

· Если за время отсчета выдержки времени аварийное повреждение устранится, то все сработавшие пусковые органы защиты должны надежно возвращаться в исходное состояние, при чем если предусмотрен режим самозапуска двигателей, то это учитывается коэффициентом запаса – К_з=(1,5-3,0), т.е.

С учетом необходимой надежности:

К_н=1,1-1,3 – коэффициент надежности

Находим максимальное значение рабочего тока защищаемой линии, исходя из максимальной допустимой перегрузки для кабелей (согласно [3] она составляет 15%):

Находим ток срабатывания защиты:

где К_Н – коэффициент надежности, для цифровых реле – 1,1;.

К_сз.н - коэффициент самозапуска, учитывающий возможность увеличения тока в защищаемой линии, вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ, при отсутствии двигателей принимаем 1,1;.

К_В – коэффициент возврата, для цифровых реле 0,96.

Находим ток срабатывания реле МТЗ:

,

где: К_СХ – коэффициент схемы, для полной и неполной «звезды» К_СХ=1;

К_ТТ - коэффициент трансформации тр-ра тока выбранного на Л_4.

Проверим уставки с помощью коэффициента чувствительности:

Чувствительность защиты считаем достаточной.

Выдержку времени выбираем прежде всего с учетом необходимости селективности. Так как, ранее, мы уже выбирали приведенное время КЗ с учетом селективности, то соглашаемся с этим значением.

Т.е.

Для выбора определенной защитной характеристики (выбранный тип времятоковой х-ки – инверсная) определим:

1. Кратность тока:

2. Принимая для выбранного типа коэффициенты, задающие крутизну зависимых времятоковых характеристик равными α=0,02 и β=0,14, находим «временной» коэффициент:

 

Токовая отсечка.

Токовая отсечка – это МТЗ быстрого действия, которая работает без выдержки времени или с незначительной выдержкой (0,3-0,6с).

Токовая отсечка применяется для ускорения отключения поврежденных линий и других электроустановок при КЗ в зоне действия токовой отсечки. Обычно токовую отсечку отстраивают от КЗ на вторичной стороне трансформатора, от пусковых токов двигателей, от токов КЗ на соседних участках.

Определяем ток срабатывания защиты:

где К_Н – коэффициент надежности, для цифровых реле 1,1-1,15 (без задержки времени);

- ток КЗ в конце защищаемой линии.

Находим ток срабатывания реле ТО:

где К_СХ – коэффициент схемы;

К_ТТ - коэффициент трансформации тр-ра тока выбранного на Л₄;

Проверим уставки с помощью коэффициента чувствительности:

Отсюда видим, что токовая отсечка не проходит по чувствительности, т.е. её применение на этом участке не целесообразно.

Автоматическое повторное включение.

- Устройство имеет функцию однократного или двукратного автоматического повторного включения (АПВ). Наличие АПВ, а также количество циклов задается уставкой. Также уставками определяется время выдержки первого и второго циклов.

- Время восстановления АПВ составляет 120 с (2 минуты). В случае аварийно-го отключения в первые 30 с после включения выключателя линии функция АПВ будет заблокирована (блокировка АПВ при опробовании).

- АПВ может быть дополнительно заблокировано с помощью тумблера «АПВ» на передней панели устройства, а также по внешнему сигналу. Блокировка внешним сигна-лом возможна «по уровню» (только при наличии сигнала) или «по фронту» (даже после снятия сигнала). Вид блокировки определяется уставкой «Фикс. блок. АПВ».

- При выключенной уставке «АПВ» светодиод «Блокировка АПВ» автомати-чески выключается.

- С помощью соответствующих уставок можно разрешить или заблокировать пуск АПВ при срабатывании отдельных видов или ступеней защиты, включая несанкциони-рованное (самопроизвольное) отключение. АПВ блокируется при отключении от дуговой защиты, от газовой защиты, от МТЗ-4, а также при пуске УРОВ.

 

Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ).

- Защита от ОЗЗ реализована по сумме токов высших гармоник - 3-й, 5-й и 7-й. При этом данные частоты выделяются цифровым фильтром. Подавление сигнала основной частоты 50 Гц при этом полное. Данная ступень защиты может быть отключена уставкой.

- Отдельно задается защита от ОЗЗ по току первой гармоники - 50 Гц, опреде­ляя как сам факт учета наличия тока основной частоты, так и его пороговое значение.

- Защита от ОЗЗ от обоих каналов объединяется по ИЛИ и имеет одноступенча­тую независимую характеристику с одной выдержкой времени.

- Значения токов срабатывания задаются во вторичных значениях тока, непо­средственно поступающего на входные клеммы устройства. При расчете уставки следует учитывать коэффициент трансформации ТТНП, стоящего на фидере, обычно равный 25:1 (для ТТНП типа ТЗЛ, ТЗЛМ).

Параметры защиты от ОЗЗ на высших гармониках приведены в табл.

Таблица

Значение

Наименование параметра

0,005 - 0,500 0,001 0,05 - 99,00 0,01 ±25 ±3 0,95 - 0,92

1 Диапазон уставок по току 3I₀ высших гармоник (во вторичных значе-ниях), А:

2 Дискретность уставок по току 3I₀ высших гармоник, А:

3 Диапазон уставок по времени, с

4 Дискретность уставок по времени, с

5 Основная погрешность, от уставок, %

по току 3I₀ высших гармоник по времени

6 Коэффициент возврата

- Защита от ОЗЗ может выполняться на отключение или на сигнализацию в зависимости от уставки.

- Значения тока срабатывания по высшим гармоникам задаются во вторичных значениях тока 3I₀. При расчете уставки следует иметь в виду, что значение тока суммы высших гармоник при однофазном замыкании на землю составляет примерно 5% от тока первой гармоники, который появился бы в данной сети при отсутствии компенсации.