Примеры расчетов релейной защиты - Индукционные реле тока

Страница 6 из 9

Ниже рассмотрена методика расчета на трех конкретных примерах.

Пример 1. Защита распределительной линии. Электроснабжение городского микрорайона осуществляется по распределительной линии U = 10 кВ, к которой могут быть подключены до шести однотрансформаторных подстанций (рис.16). Трансформаторы ТМ-400/10. 5Н0М = 400 кВ-А, UB/UHH= 10/04 кВ, Iном=23,1 А, схема соединения Y/Y, ик = 4,5%. Трансформаторы защищены предохранителями ПКТ, номинальный ток плавкой вставки Iпном = 50 А. Уставка по времени последующей защиты 1 с. Оборудование ячейки: трансформаторы тока ТПЛ-10, Kj— 200/5, два реле типа РТ-85/1 подключены к сердечнику класса Р по схеме неполная звезда (рис. 17). Привод ПП-67 имеет два встроенных реле РТМ-1 (уставки 5-10 А). Ток трехфазного КЗ на шинах РП Iктах = 6000 А. Ток двухфазного КЗ в конце линии Iктiт = 3500 А. Ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ I'ктах = 513 А* Ток Двухфазного КЗ на шинах ОД кВ Iктш= 444 А.
Требуется рассчитать уставки релейной защиты и проверить пригодность трансформаторов тока.
Для выполнения требований 4 и 5.1 ток срабатывания защиты Iс э определяется по формуле

где кОТС - коэффициент отстройки, учитывающий погрешность работы реле и необходимый запас; для реле серии РТ-80 принимается котс = 1,2. Для нагрузки бытовых потребителей принимается по опыту эксплуатации кзап = 1,2. В формулу входит коэффициент возврата к& так как ток возврата реле должен быть также отстроен от максимальной нагрузки, иначе реле, сработав при КЗ в смежной зоне, после ликвидации КЗ основной защитой поврежденного участка может не возвратиться и вызвать излишнее отключение. Для реле серии РТ-80 принимается кв= 0,8.

Определяем максимальный ток нагрузки, исходя из возможности 100%-ной загрузки всех трансформаторов:

Рис. 18. Карта селективности:
1 — характеристика предохранителя ПКТ-10/50; 2 — характеристика реле

Для выполнения требования 2 необходимо, чтобы при всех токах, превышающих 1п ноы, время действия защиты превышало время плавления вставки. Если на одном рисунке изобразить характеристики реле, приведенные к первичному току, и вставки предохранителя, то характеристика реле должна быть расположена выше (рис. 18). Такой рисунок называется картой селективности. Приняв ступень селективности равной 0,5 с, устанавливаем, что для обеспечения селективности с последующей защитой рассматриваемая нами защита должна иметь время в независимой части характеристики (н ч = 1 - 0,5 = 0,5 с.
По характеристике реле определяем, что при токе срабатывания его время составит 6 с. Исходя из этого поступаем следующим образом. Перестраиваем участок характеристики вставки 3/п ном "Г201Г] номв равномерную шкалу. Проводим от точки 6 с на оси ординат горизонтальную прямую до пересечения с характеристикой и на оси абсцисс определяем ток, при котором вставка перегорит за 6 с. Умножив этот ток на 1,4, получим ток срабатывания защиты. В данном случае

Этот ток удовлетворяет и предыдущему требованию. Коэффициент 1,4 учитывает время гашения дуги в предохранителе, разброс характеристики по току до 20% и др. Нанеся остальные точки характеристики реле, убеждаемся, что селективность обеспечивается при всех токах. Далее на карту селективности наносим характеристик последующей защиты. Затем, определяем ток срабатывания репе:


где ксх — коэффициент схемы, равный 1 для двухрелейной схемы неполная звезда.
Получаем
По шкале уставок реле типа РТ-85/1 выбираем ближайшую в сторону увеличения уставку, равную 7 А. Окончательно определяем ток срабатывания зашиты:

Iсз = 7(200/5) = 280 А.

Проверим чувствительность защиты:
Проверим чувствительность защиты в качестве резервной. Необходимо убедиться, что защита чувствительна по меньшей мере к току двухфазного КЗ на шинах 0,4 кВ
Мы убедились, что зашита удовлетворяет всем вышеприведенным требованиям. Принятые уставки: 1 = 280 А, уставка по шкале реле 7 А, время в независимой части характеристики 0,5 с.
Напомним, что приводя уставки защиты, время следует указывать в независимой части характеристики, а не при токе срабатывания.
Следует отметить недостаток этой методики расчета. Он заключается в том, что при построении карты селективности не учтена нагрузка присоединения. Такая селективность является неполной. Однако, если полностью учесть влияние нагрузки, это приведет к загрублению защиты. Так, в нашем примере ток срабатывания защиты составит 252 + 139 = 391 А, а ее чувствительность в качестве резервной кч = 1,13, т. е. дальнее резервирование не будет обеспечено. Поэтому дать какую-либо общую рекомендацию относительно учета влияния нагрузки не представляется возможным. Следует ориентироваться на конкретные условия.
Как мы уже знаем, реле серии РТ-80 позволяет выполнить первую ступень защиты в виде токовой отсечки без выдержки времени. Токовую отсечку целесообразно или даже необходимо использовать в ряде случаев:
1) для защиты головного участка распределительной линии (от шин РП до первого ТП), если сопротивление этого участка настолько велико, что обеспечивается достаточное различие между токами КЗ в его начале и конце;
2) если последующая защита имеет выдержку 0,5 с и менее; если выдержка 0,5 с недопустима по условию термической стойкости проводов и кабелей; если от тех же шин питаются крупные синхронные двигатели, требующие по условию их устойчивости мгновенного отключения КЗ.
Излишнее действие токовой отсечки должно быть исправлено автоматическим повторным включением. Время срабатывания токовой отсечки реле серии РТ-80 составляет около 0,03 с, собственное время работы выключателя - около 0,1 с. Полное время отключения tоткл = 0,03 + 0,01 = 0,13 с. Если за это время вставка успеет перегореть, то гашение дуги в предохранителе произойдет в бестоковую паузу и АПВ будет успешным. В противном случае выключатель включится на неустраненное КЗ, АПВ будет неуспешным, а отключение неселективным.

Пример 2. Рассмотрим вариант выполнения неселективной токовой отсечки с вставкой предохранителя на 50 А.
Ток срабатывания отсечкиIс 3 0 отстраивается от тока трехфазного КЗ на выводах 0,4 кВ наиболее мощного трансформатора I^max"
Коэффициент отстройки к учитывает значительный разброс отсечки и наличие апериодической составляющей тока и принимается равным 1,5. Тогда
Несрабатывание отсечки при броске тока намагничивания обеспечивается условием
Суммарный номинальный ток всех трансформаторов, подключенных к распределительной линии, определяется так:



*"*цом, тр ном, тр = Jin
В нашем примере Z 1Н0М_ тр = 139 А. Получаем Iс> 3> 0 > 5 • 139 = 695 А < 770 А. Для обеспечения успешного повторного включения ток срабатывания отсечки должен превышать ток, при котором вставка предохранителя перегорит за 0,13 с. По времятоковой характеристике вставки на 50 А определяем, что этот ток меньше 770 А. Таким образом, Ic g 0 ^ 770 А.
770 Окончательно принимаем Ic 3 0= 770 А. А вторичный ток 1С 0= =
= 19,5 А. Кратность тока срабатывания отсечки к гоку срабатывания индукционного элемента составит 19,5/7 = 2,75.
Определим коэффициент чувствительности отсечки:
<Ч o-JWc, 3,0= 3500/770 = 4,5 > 1,5.
Переходим к расчетной проверке трансформаторов тока (вариант без токовой отсечки).
1. Проверка трансформаторов тока на 10%-ную погрешность ведется для тока 5Iс 3= 5 * 280 = 1400 А. Расчетный ток принимается с некоторым запасом
1расч = 1,1-1400 = 1540 А.
Теперь определим нагрузку вторичных обмоток трансформаторов тока ZHr Она складывается из сопротивлений реле Z соединительных проводов Z и переходного сопротивления контактов ZK. Ее значение зависит от схемы соединения токовых цепей, вида КЗ. Для схем соединения неполная звезда при двухфазном КЗ значение нагрузки наибольшее:
ZHr=2Znp + ZK-fZp. (14)
Если реле находится в ячейке распредустройства, сопротивление соединительных проводов незначительно, и его вместе с переходным сопротивлением контактов можно принять 0,1 Ом. Сопротивление реле определяется по известным потреблению ?р (В * А) и уставке 1С (А):
W'c2lP ;
тогда
Zp= 10/7Z= 0,2 Ом; ZHr= ОД + 0,2 - 0,3 Ом.
На рис. 19 представлены кривые зависимости кратности тока к номинальному кщ от сопротивления нагрузки ZHr при 10%-ной погрешности. Кривые построены для трансформаторов тока типа ТПЛ-10. Каждому значению ZHf соответствует кратность Iг10, при которой погрешность трансформатора тока I = 10%. По кривой I определяем, что для ZHr = 0,3 Ом, к 10 доп = 18. Это — допустимая кратность тока. Расчетная кратность
*Р= IРасч/'т= 1540/200 = 7,7 < 18.
Таким образом, fcjo доп > к , следовательно, трансформатор тока удовлетворяет условию 10%-ной погрешности.
2. Определение погрешности трансформатора тока при максимальном токе КЗ. Максимальная кратность
29

Рис. 19. Кривые предельных кратностей трансформаторов тока типа ТПЛ-10:
1 - для К> = 5/5 + 300/5 класса Р; 2 - для Кг = 5/5 + 300/5 класса 0,5; 3 - для Кг = = 400/5 класса Р; 4 - для К, = 400/5 класса 0,5; 5 - суммарная для последовательного включения обмоток классов Р и 0,5 (К> = 5/5 + 300/5) - построена путем суммирования 2НГ доп при одних и тех же значениях А10 по кривым 1 и 2
Определим отношение А = kmax/k10 доп"
Оно составит А = 30/18 = 1,67.

Расчет погрешности трансформаторов тока при максимальном токе КЗ выполнить по предыдущей методике затруднительно. Для каждого типа реле и защиты существует своя допустимая погрешность трансформатора тока, и поэтому потребовалось бы построение семейства кривых, аналогичных рис. 19. Гораздо удобнее пользоваться кривой рис. 20, по которой определяется фактическая погрешность трансформатора тока в зависимости от обобщенной величины А. Зависимость, единая для трансформаторов тока всех типов, построена расчетным и экспериментальным путем для условий работы трансформаторов тока в режиме глубокого насыщения. Как видно из формулы (16), погрешность таким путем определяется для данной нагрузки и при максимальном токе КЗ. По кривой определяем: при А = 1,58 I = 39% < 50%.

3. Определение максимального вторичного тока в реле т. е. не превышает допустимый.
Известно, что значительное число отказов реле вызвано повреждением дешунтирующих контактов: оплавлением, выгоранием, привариванием. Поэтому представляется целесообразным вести расчет с запасом без учета погрешности трансформаторов тока.
4. Проверка трансформатора тока на 10%-ную погрешность после дешунтирования при том же токе *расч- Для этого определим сопротивление электромагни-

Рис. 20. Зависимость I = ф(А) для определения токовых погрешностей трансформаторов тока, превышающих 10%
та отключения, в качестве которого служит реле РТМ-1 (потребляемая мощность 5Э 0= 58 В -А, ток срабатывания Iэ 0= 5 А). Тогда
гъ, о= 5э, Jll, o= 58/5 2= 2,32 Ом.
Сопротивление нагрузки после дешунтирования
Z'w= 0,3 + 2,32 = 2,62 Ом.
Для такой нагрузки к10доп= 4 А так как красч= 7,7 > *дог,,то погрешность после дешунтирования превысит 10%. Поэтому необходимо определить фактическую погрешность и убедиться, что при ^к^щ ток, вычисленный с ее учетом, будет больше, чем ток возврата. Несоблюдение этого условия приведет к "прыга-нию" реле. Для обеспечения большей надежности погрешность определяется при кратности к'тах = 1,5 красч Тогда к'тах = 1,5-7,7 = 11,55; кдОП= 4; А = 11,55/4 = = 2,9; /=54%.
Определим ток возврата электромагнитного элемента реле (первичный)
'в=*в*с,э
где кв — коэффициент возврата якоря реле, принимаемый 0,4 (не следует путать его с коэффициентом возврата индукционного элемента).
Получим 1В= 0,4 -280 = 112 А.
Чувствительность защиты
Низкий коэффициент возврата якоря способствует его удержанию при снижении вторичного тока.
Для проверки надежной работы электромагнита отключения погрешность трансформатора тока рассматривается при другом значении расчетного тока, а именно



Его кратность красч = 360/200 =1,8 при к10 доп= 4,/<10%.
Следовательно, при расчетном токе срабатывания не требуется специальная проверка чувствительности электромагнита отключения. При токе ^кт,^ чувствительность электромагнита отключения проверяется по формуле, аналогичной (18), но без учета коэффициента возврата
Согласно [6] минимальное значение коэффициента чувствительности электромагнитов отключения должно быть на 20% больше принимаемого для защиты, т. е. 1,8.
Мы убедились в пригодности трансформаторов тока. Однако в некоторых случаях расчеты могут выявить их непригодность. Замена трансформаторами тока с увеличенными коэффициентами трансформации дает уменьшение погрешностей и снижает вторичный ток. В то же время снижается чувствительность электромагнита отключения в схемах с дешунтированием. Другой путь снижения погрешности - последовательное соединение вторичных обмоток обоих классов трансформаторов тока, если обмотка класса 0,5 не задействована для учета.

Пример 3. Защита силового трансформатора. Нагрузка двухтрансформаторной подстанции небольшого промышленного предприятия является комплексной (обобщенной), причем 50% нагрузки приходится на долю электродвигателей 0,4 кВ. Силовые трансформаторы типа ТМ-630/6, SHOM = 630 кВ * A, V^Urn, = = 6/0,4 кВ, 1ном= 61 А, схема соединения обмоток Y/Y, ик=4,5%.
Трансформаторы тока типа ТПЛ-10, К<= 150/5 А, реле подключены к сердечнику класса Р. Привод ПП-67 с двумя реле РТМ-1. Двухсекционное РУ 0,4 кВ оснащено устройством автоматического ввода резерва (АВР). Трансформаторы подключены к шинам 0,4 кВ через автоматические выключатели ABM-ЮС, имеющие расцепители максимального тока типа 2. Уставка расцепителя J = 1000 А (рис. 21). Релейная защита выполнена с помощью двух реле РТ-85 по схеме неполная звезда. Требуется рассчитать уставки защиты.
Согласно [6] защита должна действовать при междуфазных КЗ в обмотках и на выводах трансформатора, витковых замыканиях, недопустимых перегрузках. При КЗ на шинах 0,4 кВ защита должна действовать в качестве резервной. Желательно, чтобы она была чувствительной к однофазным КЗ на землю на стороне 0,4 кВ до автоматического выключателя. Однако в большинстве случаев не удается достичь требуемой чувствительности, и для защиты от однофазных КЗ применяется отдельное устройство. Вопросы защиты трансформатора подробно рассмотрены в [8]. В то же время защита не должна действовать при увеличении тока после автоматического включения секционного выключателя с последующим самозапуском электродвигателей. Необходимо также обеспечить селективность с расцепителями максимального тока.
Ток срабатывания максимальной токовой защиты можно определять по формуле


где 1нг — нагрузка второго трансформатора, подключившаяся после АВР. ПринимаемIмг=0,7iHOM,
1,2(2,4-0,7-61 + 61)
1Г = * -------'---------------- = 244 А;
С'3 0,8
244
1Г =---------- = 8,1 А.
с'р 150/S
Принимаем уставку J = 8 А, Iс з = 240 А. Уставка по времени в независимой части характеристики принимается 0,5—0,8 с. Большее время принимать ие следует во избежание недопустимого завышения уставки предыдущей защиты. Примем fj = 0,7 с. Тогда при ступени селективности Д( = 0,5 с защита на автоматическом выключателе должна иметь выдержку времени tj= t, - At ^ = 0,7 - 0,5 = 0,2 с. Нанеся на карту (рис. 22) характеристики обеих защит, убеждаемся в их селективности.
Для дальнейших расчетов нам необходимо знать токи трех- и двухфазного КЗ на шинах 0,4 кВ, приведенные к напряжению 6 кВ, 1ктах и 1^тт. Если пренебречь сопротивлением питающей системы, то эти токи можно определить по известным формулам:

Согласно [6] коэффициент чувствительности должен быть не менее 1,5. Однако, учитывая возможность КЗ через дугу, а также некоторое уменьшение тока КЗ

Рис. 21. Расчетная схема двухтрансформаторной подстанции к примеру 2

Однорелейная схема имеет различную чувствительность к одному и тому же значению тока, зависящую от вида КЗ и поврежденных фаз. Наименьшая чувствительность имеет место при двухфазном КЗ между фазами, в одной из которых трансформатор тока отсутствует. Ток в реле в этом случае



кратность 67,8/8 = 8,5.
Расчетная проверка трансформаторов тока выполняется по методике, изложенной в примере 1.

Пример 4. Защита двигателя. Асинхронный двигатель типа А-13-53-8, Рном= 500 кВт, Iном = 59,5 A, Uном= 6 кВ предназначен для насоса. Ток трехфазного КЗ на выводах двигателя IКтах = 5000 А. Пуск двигателя осуществляется прямым включением в сеть, причем кратность пускового тока ктск= 5. Самозапуск не предусмотрен. Оборудование ячейки: привод выключателя ПЭ-11, трансформаторы тока типа ТПЛ-10, К<

150/5 А. Рассчитать защиту ст КЗ и перегрузок.
Как известно, при возникновении КЗ двигатель должен быть отключен мгновенно, иначе произойдут серьезные разрушения, требующие капитального ремонта или даже приводящие двигатель в состояние полной негодности. Поэтому в качестве защиты от междуфазных КЗ должна применяться токовая отсечка. Ее ток срабатывания Ic 3 0 должен быть отстроен от пускового тока JnvcK;
Iсзо = котс*Iпуск =котс*кпускIном
Для отсечек с реле серии РТ-80 и реле прямого действия принимается kотс = 2. Такое большое значение коэффициента отстройки принято в связи с возможностью броска намагничивающего тока в момент пуска. Таким образом,
Iсзо=2.5-59,5 = 595 А.
Согласно [б] для двигателей мощностью менее 2000 кВт рекомендуется однорелейная схема защиты с включением реле на разность токов. Для такой схемы ток срабатывания реле определяется с учетом коэффициента схемы fccx= V3:
Принимаем Iс - 0 = 35 А. Чувствительность токовой отсечки оценивается коэффициентом чувствительности Iгч, который должен быть не менее 2. С таким коэффициентом защита должна быть чувствительна к току двухфазного КЗ на выводах двигателя ly^^, который составляет

Принимаем Ic = 5 A, Ic э = 87 А. Кратность отсечки 35/5 = 7. Если защита действует на сигнал и технологическую разгрузку, следует выбрать реле типа РТ-84/1. Чтобы защита не срабатывала при затяжном пуске, уставку по времени следует принять максимальной, т. е. 16 с в независимой части характеристики.

Примеры расчетов по релейной защите и автоматике РЗА

1. Пример расчета и выбора уставок МТЗ МТО релейной защиты КРУН-10 кВ.

1. Схема для расчета токов короткого замыкания.
2. Исходные данные для расчета токов короткого замыкания.Таблица активные и индуктивный сопротивления проводов и кабелей 6-10 кВ.
3. Расчет уставок релейной защиты.
4. Расчет уставок релейной защиты секционного выключателя КРУН-10кВ .
5. Расчет уставок релейной защиты вводного выключателя КРУН-10кВ .
6. Расчет уставок релейной защиты отходящих ячеек№1, 14 ЗРУ-10 .
7. Проверка трансформаторов тока на 10% погрешность .
8. Проверка трансформаторов тока на термическую и электродинамическую стойкость.
9. Проверка кабелей на термическую стойкость.
10. Проверка выключателей на термическую и электродинамическую стойкость.

Онлайн Электрик: ОНЛАЙН-РАСЧЕТЫ УСТАВОК РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ и АВТОМАТИКА, Сириус, отсечка, МТЗ, токовая защита

ОНЛАЙН-РАСЧЕТЫ УСТАВОК РЕЛЕЙНОЙ ЗАЩИТЫ

Расчет и выбор уставок дифференциальной релейной защиты двухобмоточного силового трансформатора
на основе СИРИУС-Т:
Исходные данные:
- номинальная мощность трансформатора, кВА
- номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ
- номинальное низшее напряжение трансформатора, кВ
- схемы соединения обмоток трансформаторов тока
- максимальный сквозной ток при трехфазном коротком замыкании за трансформатором, приведенный к стороне ВН;
- первичный ток трансформаторов тока на стороне ВН;
- вторичный ток трансформаторов тока на стороне ВН;
- первичный ток трансформаторов тока на стороне НН;
- вторичный ток трансформаторов тока на стороне НН;
Требования:
- общие уставки;
- дифференциальная защита ДЗТ-1;
- дифференциальная защита ДЗТ-2;
- дифференциальная защита ДЗТ-3;
- уставки сигнализации.

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Расчет и выбор уставок релейной защиты высоковольтных электродвигателей
Исходные данные:
- номинальная мощность электродвигателя, кВт
- номинальное напряжение электродвигателя, 3, 6 или 10 кВ
- номинальный ток электродвигателя, А
- минимальный ток при двух- или трехфазном коротком замыкании на выводах двигателя, кА;

Требования:
- токовая отсечка;
- дифференциальная токовая защита;
- токовая защита нулевой последовательности;
- защита от двойного замыкания на землю;
- защита минимального напряжения;

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Расчет и выбор элементов релейной защиты цехового трансформатора:
Исходные данные:
- выключатель Q высоковольтный имеет пружинный привод;
- электрические параметры силового трансформатора T ;
- трехфазный ток короткого замыкания в начале K1 и в конце K2 линии;
- сеть ВН с изолированной нейтралью;
- сеть НН с глухозаземленной нейтралью;
- схема включения ТТ - включение на разность токов.
Требования:
- выбор схемы защиты;
- выбор реле и уставок срабатывания от токов КЗ и перегрузки;
- проверка чувствительности защиты.

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Расчет и выбор элементов релейной защиты цехового трансформатора:
Исходные данные:
- выключатель Q высоковольтный имеет пружинный привод;
- электрические параметры силового трансформатора T ;
- трехфазный ток короткого замыкания в начале K1 и в конце K2 линии;
- сеть ВН с изолированной нейтралью;
- сеть НН с глухозаземленной нейтралью;
- схема включения ТТ - неполная звезда.
Требования:
- выбор схемы защиты;
- выбор реле и уставок срабатывания от токов КЗ и перегрузки;
- проверка чувствительности защиты.

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Расчет и выбор уставок двух (трех)-ступенчатой релейной защиты линии электропередачи:
Исходные данные:
- выключатель Q высоковольтный имеет электромагнитный привод;
- трехфазный ток короткого замыкания в начале K1 и в точке K2 линии;
- трехфазный ток короткого замыкания в конце K3 линии;
- максимальный рабочий ток в линии;
- характеристика предохранителя для присоединения с наибольшим током плавкой вставки (при наличии предохранителя);
- сеть ВН с изолированной нейтралью;
- сеть НН с глухозаземленной нейтралью;
- схема включения ТТ - неполная звезда.
Требования:
- выбор средств защиты;
- выбор уставок срабатывания от токов КЗ и перегрузки;
- проверка чувствительности защиты.

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Расчет и выбор уставок дифференциальной релейной защиты двухобмоточного силового трансформатора
на основе реле РТ-40, РНТ-565, ДЗТ-11:
Исходные данные:
- номинальная мощность трансформатора, кВА
- номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ
- номинальное низшее напряжение трансформатора, кВ
- схемы соединения обмоток трансформатора
- максимальный сквозной ток при трехфазном коротком замыкании за трансформатором, приведенный к стороне НН;
- минимальный сквозной ток при двухфазном коротком замыкании за трансформатором, приведенный к стороне НН;
- первичный ток трансформаторов тока на стороне ВН;
- вторичный ток трансформаторов тока на стороне ВН;
- первичный ток трансформаторов тока на стороне НН;
- вторичный ток трансформаторов тока на стороне НН;
Требования:
- дифференциальная защита (отсечка) на основе реле РТ-40, РНТ-565, ДЗТ-11;
- проверка чувствительности защиты.

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Расчет и выбор уставок МТЗ двухобмоточного силового трансформатора от внешних коротких замыканий и перегрузки
на основе реле РТ-40:
Исходные данные:
- номинальная мощность трансформатора, кВА
- номинальное высшее напряжение трансформатора, кВ
- номинальное низшее напряжение трансформатора, кВ
- минимальный сквозной ток при двухфазном коротком замыкании за трансформатором, приведенный к стороне НН;
- первичный ток трансформаторов тока на стороне ВН;
- вторичный ток трансформаторов тока на стороне ВН;
Требования:
- МТЗ от внешних КЗ на основе реле РТ-40;
- МТЗ от перегрузки на основе реле РТ-40;
- проверка чувствительности защиты.

ПЕРЕЙТИ К РАСЧЕТУ

Библиографическая ссылка на ресурс "Онлайн Электрик":

Алюнов, А.Н. Онлайн Электрик: Интерактивные расчеты систем электроснабжения [Электронный ресурс] / А.Н. Алюнов. - Режим доступа: http://online-electric.ru. Дата обращения: 05.10.2016.

Релейная защита и автоматика в электроустановках

Страница 1 из 3

1. Основные понятия РЗ (РЗ и А)

• Оперативный ток
• Основные и вспомогательные реле.
• Виды защиты.
• Современные устройства и аппараты защиты.
• Защита отдельных установок.
• Автоматика в системах электроснабжения.

Основные понятия релейной защиты (Р З). РЗ – называют специальные средства и устройства для защиты, выполняемые с помощью реле, процессоров, блоков и других. аппаратов, и предназначенные для отключения силовых выключателей при напряжении свыше 1000 В или автоматических выключателей при напряжении до 1000 В. Более часто термин РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА используется в установках и сетях высокого напряжения. К системам автоматики в настоящей работе отнесены устройства АПВ, АВР, АЧР, АРТ.

Р.З. – основное средство защиты линий, трансформаторов, генераторов, двигателей от аварийных и ненормальных режимов.
Требования к РЗ. К релейной защите предъявляются следующие требования:
-селективность (избирательность), т.е. способность защиты самостоятельно определять поврежденный участок сети и отключать только этот участок,
-быстродействие,
-надежность действия,
-чувствительность (т.е. способность отключать поврежденные участки на начальной стадии повреждения)
-простота схемы.
Контролируемые параметры Р.З. Устройства РЗ могут контролировать следующие параметры: ток, напряжение, мощность, температуру, время, направление и скорость изменения контролируемой величины.
Функции релейной защиты. Устройства РЗ могут выполнять следующие функции:

• защита от К.З междуфазных,
• защита от замыканий на землю, в т. ч. 2х-3х и однофазных
• защита от минимального напряжения;
• защита от внутренних повреждений в обмотках двигателей, генераторов и трансформаторов.
• защита от асинхронного режима работы синхронных двигателей.
• защита от обрывов в роторной цепи мощных двигателей.
• защита от затянувшегося пуска
• дифференциальная защита (продольная и поперечная) крупных машин и линий.

Оперативный ток. Оперативный ток предназначен для питания цепей управления, защиты, сигнализации и т.п. Оперативным током питаются приводы всех коммутационных аппаратов подстанций. Оперативный ток может быть переменным и постоянным, величина напряжения обычно составляет 110-220 В. Оперативный ток на ответственных подстанциях и установках должен быть всегда, даже при потере питания главных цепей, поэтому оперативный ток должен иметь независимые источники питания, в качестве которых могут использоваться: аккумуляторные установки, выпрямители, генераторы, специальные блоки питания.
Элементная база РЗ. В качестве основных элементов релейной защиты применяются реле, в том числе электромагнитного или других принципов действия, а также полупроводниковые и микроэлектронные приборы и блоки.

Основные реле. В схемах РЗиА применяется много типов различных реле, а в последние годы - специальных блоков и процессоров, объединяемых в локальную компьютерную сеть. В качестве основных применяются реле тока, напряжения, мощности, частоты, дифференциальные реле и блоки дифференциальной защиты.

Реле тока. Наиболее часто используются электромагнитные реле РТ -40 и индукционные типа РТ-80. Это высокочувствительные устройства, реагирующие на изменение тока, и могут защищать от перегрузок и от КЗ.

• сердечник
• перемычка
• обмотка
• контактная часть
• пружина
• шкала уставок
• регулятор уставки срабатывания

Рисунок 1 - Конструкция реле тока РТ-40.

Реле РТ-40 - электромагнитное, имеет два сердечника и две обмотки, которые можно включать параллельно или последовательно для удвоения показателей шкалы. Уставка срабатывания регулируется поворотом указателя 9 (изменением натяжения пружины). Пределы уставок у различных модификаций реле этой серии - от 0,5 до 200 А, что позволяет их использовать с различными трансформаторами тока. Выпускаются также реле тока серии ЭТ-520 и другие.
Пример характеристики реле тока: РТ-40/0,2; I сраб. 0,05¸0,1А (последовательное соединение ), и 0,1¸0,2А (параллельное соединение), I ном. от 0,4 А до 10 А

Рисунок 2 – Схема устройства реле РТ-80 и характеристика срабатывания реле

Рисунок 3 – Общий вид реле тока РТ-80 (90).

Реле РТ-80 (РТ-90) – реле тока индукционного типа, имеет два независимых элемента- электромагнитный (мгновенного действия) и индукционный (работающий с выдержкой времени). Такая конструкция позволяет применять их в схемах с зависимой и независимой от тока характеристикой срабатывания. Ток срабатывания индукционного элемента-2-10 А, время срабатывания - 0,5-16 с. При токах от 2 до 3-5 номинальных реле работает с выдержкой времени, с зависимым от тока временем срабатывания, при токах более 5- -7 номинальных у реле срабатывает электромагнитный элемент, без выдержки времени, т.е. мгновенно.
Реле напряжения. Электромагнитные высокочувствительные реле без выдержки времени, применяются для контроля величины напряжения. Выпускается единая серия РН-50. Они бывают минимального (РН-54) и максимального напряжения (РН-51, -53, -58), для постоянного и для переменного тока. По принципу действия они аналогичны РТ-40, однако имеют значительно больше витков в обмотках. Диапазон уставок напряжения этих реле от 0,7 до 200 В или 400 В у разных серий.

Дифференциальные реле применяют для защиты трансформаторов, генераторов, линий. Типы реле: РНТ-565, РБМ-170 (270) и др.

Реле РНТ-565-реле направленного тока (рис. 5) (реле электромагнитное токовое дифференциальное). Состоит из корпуса в котором находятся: реле РТ-40, быстронасыщающийся трансформатор БНТ и резисторыRк иRв. Реле имеет обмотки: Р- рабочая обмотка, В –вторичная обмотка, К1, К2 – короткозамкнутые обмотки, У1, У2–уравнительные обмотки
Настройка реле производится с помощью резисторов Rв и Rк. При этом добиваются, чтобы при включении реле оно становилось нечувствительным к токам намагничивания (к помехам) и к токам небаланса, возникающим в начальный момент КЗ. Это позволяет повысить чувствительность защиты. Все обмотки имеют отдельные выводы (гнезда) для регулирования и настройки.
Дифференциальное реле мощности РБМ используется для контроля изменения направления тока в устройствах направленной токовой защиты. Принцип его действия следующий.

• магнитопровод, 2- обмотка, включенная последовательно нагрузке, 3- обмотка. включенная параллельно( в цепи напряжения), 4- неподвижный стальной сердечник, 5- алюминиевый ротор,6- подвижные контакты

Рисунок 5 - Устройство и принцип действия реле мощности РБМ

При отклонении от нормального (расчетного) режима магнитные потоки Фт и Фн, создаваемые обмотками тока и напряжения, проходят по магнитопроводу и через сердечник 4 индуцируют в роторе 5 вихревые токи, в результате чего ротор поворачивается на определенный угол. При повороте ротора замыкаются контакты 6. Реле срабатывает только тогда, когда в обмотках 2 или 3 изменяется направление тока.
Вспомогательные реле. Используются для выполнения вспомогателных функций: задержки, размножения сигнала, усиления, сигнализации, контроля положения коммутационных аппаратов. Это – реле времени, промежуточные, сигнальные и другие. Примеры вспомогательных реле: времени РВ-, ЭВ- и др. промежуточные РП-231,232,241, -указательные РУ-21, РЭУ, РС.

Виды защиты электрических сетей и установок

Все основные реле, применяемые в схемах РЗ, включаются через трансформаторы тока или напряжения, поэтому для их питания используются схемы включения вторичных реле. Реле могут действовать на привод силового выключателя непосредственно ( прямое воздействие), или через электромагнит отключения (косвенное воздействие). Реле и блоки могут включаться в одну, в две или в три фазы. Защита может срабатывать без выдержки и выдержкой времени. Питание основных реле в основном производится на переменном токе.
В электроустановках и сетях высокого напряжения применяются следующие виды защиты: МТЗ, отсечка, дифференциальная токовая защита, защита минимального и максимального напряжения, нулевая защита, земляная защита и другие.

Рисунок 7 - Схема включения с косвенным воздействием на привод выключателя и общий вид реле РТ-40

На следующем рисунке показаны некоторые схемы включения реле тока: схема а – первичное реле и прямое воздействие на механизм свободного расцепления (МСР) силового выключателя; схема б – вторичное реле и прямое воздействие реле тока на МСР выключателя; схема в – вторичное реле и косвенное воздействие на привод силового выключателя, постоянный оперативный ток.
Применяются также схемы с независимой от тока характеристикой срабатывания, тогда при срабатывании любого реле оперативный ток подается на обмотку реле времени, которое в свою очередь с выдержкой времени (см. рис. ) замыкает свой контакт в цепи электромагнита отключения привода выключателя и указательного реле. Выключатель отключается, сигнальное реле КН также срабатывает и выбрасывает флажок (блинкер).
Существуют и другие схемы - с промежуточными реле на переменном о постоянном оперативном токе и с зависимой характеристикой времени срабатывания.

Рисунок 8 – Схемы действия реле тока
Выбор уставок токов срабатывания МТЗ.
Условия выбора:

• Защита не должна срабатывать при прохождении максимального рабочего тока нагрузки (при пиковых нагрузках), в том числе защита не должна срабатывать при пуске мощных двигателей,
• Защита должна гарантированно срабатывать на защищаемом участке при КЗ и иметь коэффициент чувствительности КЧ в конце участка не менее 1,5.

У ячеек КРУВ (КРУРН ) имеется шкала уставок МТЗ в приводе ячейки. На шкале есть шесть делений, которые соответствуют 100%; 140%; 160%;200%; 250%; 300% номинального тока ячейки. Так, для ячейки с IНОМ=50А эти деления соответствуют токам: 50А; 70А; 80А; 100А; 125А; 150А. Если необходим ток уставки , то следует выбрать шестую ступень с Iy=150A.
. Для всех типов КРУ .
Ток срабатывания защиты в первичной цепи можно определить с учетом IНОМ.MAX тока нагрузки в номинальном режиме (например – режим пуска): КЗ = 1,1 – 1,25 - коэффициент запаса. КС.З.= 2 - 3 - коэффициент самозапуска электродвигателей (после кратковременного отключения); КВЗВ=0,8-0,85 -коэффициент возврата реле

Ток уставки реле ( во вторичной цепи) можно определить, если разделить IУ1 на коэффициент трансформации трансформатора тока КТТ.

Если нет никаких данных для расчета токов уставки (срабатывания защиты), то можно ориентировочно принимать для первичной цепи .

Токовая отсечка.
Это МТЗ, выполненная с мгновенным действием или с выдержкой времени. Токовая отсечка (ТО) обычно защищает часть линии, поэтому применяется как дополнительная защита,что дает возможность ускорить отключение повреждений при небольших КЗ. При сочетании ТО с МТЗ получается ступенчатая по времени защита. При этом первая ступень(отсечка) действует мгновенно, а последующие – с выдержкой времени. Выполняется на базе реле тока.
Дифференциальная защита.

Основана на принципе сравнения токов в начале и в конце защищаемого участка, например трансформатора или мощного двигателя. Применяется в сочетании с другими видами защиты электроустановок:
- от внутренних повреждений

• от сверх токов – при внешних К.З.
• от перегрузки
• газовой (при мощности трансформаторов S ³ 6300 кВА – на открытом воздухе, и более 400 кВА – внутри помещений).

Дифференциальная защита может быть продольной и поперечной.

Продольная дифференциальная защита.

Участок между трансформаторами тока ТА1 и ТА2 является защищаемой зоной. Если ТА1 и ТА2 имеют одинаковые характеристики, то токи во вторичных цепях ТА1 и ТА 2 будут одинаковы как при нормальном режиме, так и при коротком замыкании в точке К1 (за пределами защищаемой зоны). Обмотки их включены встречно, поэтому разность токов I1 –I2 = 0, поэтому тока в обмотке реле КА не будет и оно не сработает. При К3 внутри защищаемой зоны в точке К2 по обмотке реле КА пройдет ток I1 –I2 ≠ 0 и реле сработает, и выдает импульс на отключение силового выключателя. Дифференциальная защита надежна, высокочувствительна, быстро действует, т.к. отключается только поврежденный участок. К недостаткам относятся следующее: не обеспечивает отключение при внешних К3; требуется устанавливать автотрансформатор АТ для уравнивания тока небаланса (т.к. у трансформаторов тока разные коэффициенты трансформации). Работает на базе реле РНТ – 565 с быстронасыщаюмся трансформаторами.
Поперечная дифференцированная защита.

Применяется для защиты параллельных линий, подключенных к линиям подстанции через общий выключатель. Здесь вторичные обмотки трансформаторов тока подключают встречно, т.е. на разность токов. Используют реле и включабт токовое реле РТ-40 или ЭТ=521 мгновенного действия). Ток, протекающий по реле равен разности токов, т.к. реле включены встречно: Iр.= I1- I2 т.е. разности токов вторичных обмоток транформаторов тока. При нормальной работе Iр=0 или очень мал (т.н. ток небаланса) и реле отстраивается так, чтобы ток был недостаточен для срабатывания. Если на одной из линий будет короткое замыкание, то в обмотке одного из трансформаторов тока ток будет больше, чем у другого и в результате разность токов будет большая и реле сработает и даст импульс на отключение силового выключателя.
Защита минимального и максимального напряжения

Предназначена для защиты электроустановок от увеличения или от уменьшения напряжения. Для этой цели используются специальные высокочувствительные реле напряжения серии РН –50. Они выпускаются для переменного и постоянного тока. Реле напряжения серии РН-50 выпускаются для контроля максимального напряжения (РН-51; РН-53; РН-58) и для контроля минимального напряжения (РН-54). Они срабатывают при повышении или снижении напряжения по отношению к заданной величине.
Таблица 4 - Характеристика реле РН-51(для постоянного тока)

Защита от замыканий на землю.
Применяется в сетях напряжением 6¸35 кВ, а они в основном с изолированной нейтралью, с малыми токами замыкания на землю. В таких сетях однофазные замыкания на землю непосредственной опасности не представляют, пока 1-фазное замыкание не перейдет в 2-х фазное и станет опасным для оборудования и персонала.
Существует много схем и способов защиты от замыканий на землю в т.ч. и в карьерных сетях. Принцип их действия основан на применении токовых и направленных устройств, реагирующих на ток, напряжение или мощность нулевой последовательности. Далее этот сигнал передается на устройства, реагирующее на величину нулевой последовательности и действующее на отключение источника. Измерительными органами таких схем являются высокочувствительные реле и блоки: РТЗ-50; -51; РТ-40/02; ЭТД-551, РЗН-3 – реле направленной защиты, ЗЗП-1М - реле мощности.

В качестве датчиков сигналов нулевой последовательности промышленность выпускает трансформаторы тока нулевой последовательности T3, T3P, ТЗЛ, ТФ, ТТНП-2 и

Рисунок 10 - Трансформатор тока нулевой последовательности (ТТНП).

Эти трансформаторы тока предназначены для установки их на кабельных линиях или кабельных вставках. В качестве реагирующих органов токовой защиты применяют реле РТ-40/0,2, РТЗ-50, РТЗ-51, ЭТД-551 и другие, в том числе электронные блоки и процессоры. Так, находят применение датчики тока CSH-120 и CSH-200, компании SCHNEIDER, работающие совместно с цифровыми системами защиты.

Рисунок 12 – Снятие характеристик с помощью выносного пульта

Рисунок 13 - Общий вид ячеек МС-setс встроенными системами защитыSepamи разрез ячейки с выключателем .

Современные системы защиты зарубежных производителей. В настоящее время находят применение современные средства и системы защиты на базе микропроцессорной техники. Достоинством таких систем является надежность, быстродействие, возможность автоматического регулирования уставок срабатывания в связи с изменяющимися параметрами сети. Использование цифровых технологий обеспечивает постоянную готовность к работе, простоту управления и исключение ошибок персонала, безопасность, а также, несмотря на большие капитальные затраты, приводит к снижению эксплуатационных затрат. Так, оборудование фирмы Шнейдер Электрик позволяет устанавливать все необходимые виды защит с помощью блоков серии Sepam, в том числе модели 100, 1000,и 2000.

Рисунок 14 – Схема работы реле земляной защиты

Опыт эксплуатации направленных устройств защиты от замыканий на землю в распределительных сетях карьеров показывает, что имеющиеся средства пока не отвечают требованиям эксплуатации электрических сетей. Имеются 10 – 20 процентов ложных случаев срабатывания, так как расположение, длина карьерных сетей постоянно изменяются и возникают переходные процессы при работе большого количества электрических машин. В настоящее время в сетях карьеров применяются реле типа УАКИ, а также проходят испытания различные устройства, использующие новые системы и элементную базу, например: УСЗС- устройство защиты от токов утечки, УСЗ-2;3;3М – работают на принципе сравнения токов высших гармоник, ИЗС – импульсная защита направленная - использует принцип контроля направления электромагнитных волн фаза-земля (волна распространяется от места повреждения). Большинство из них используют ток небаланса, учитываемый трансформаторами нулевой последовательности. Реле РТЗ-51 разработано и выпускается промышленностью взамен реле РТЗ-50 и обладает более стабильными эксплуатационными харак­теристиками.

Реле предназначено для использования совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности в качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности в схемах защит от замыканий на землю генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыкания на землю и в других схемах устройств релейной защиты.

Выполняется для защиты маслонаполненных трансформаторов от внутренних повреждений (межвитковых КЗ). При К.З. внутри трансформатора начинается усиленное газовыделение и резкое повышение давления, что может привести к выходу из строя трансформатора, в том числе к его разрушению. Газы при этом направляются через реле, установленные в

Рисунок 15 – Схема работы газовой защиты

трубопроводе, соединяющем бак трансформатора с расширителем. Под давлением газа или
потока масла поворачивается чувствительный элемент газового реле и происходит замыкание контактов, далее работает штатная схема с действием на отключение трансформатора. В реле ПГ-22 чувствительным элементом является поплавок. В реле типа РГЗ-61 имеется колба с контактами и ртутью. При повороте колбы контакты замыкаются.
В реле типа РГЧ3 имеется чашечка с лопастью, которая поворачивается от движения потока газа или масла.
Газовая защита обязательна:

• для трансформаторов мощностью S более 6300 кВА,
• для трансформаторов мощностью 400 и более кВА внутри цехов;
• Для трансформаторов мощностью от 1000¸4000 кВА обязательна при отсутствии дифференциальной защиты или МТЗ.

Защита отдельных линий, установок и машин.

Все установки, сети, машины высокого напряжения должны быть обеспечены соответствующими видами защиты, которые выбираются и устанавливаются в соответствии с требованиями ПУЭ.
Рисунок 17 - Вид сборки из реле времени, тока, напряжения, земляной защиты и сигнальных реле.

Виды защиты выбираются в зависимости от мощности двигателя.

При мощности до 2000 кВт должны быть:

• Максимальная защита от КЗ на шпильках
• Защита от замыканий на землю (корпус)

- МТЗ от перегрузок, в т.ч. затянувшегося пуска

• Защита от потери питания (минимальная, нулевая)
• Защита от асинхронного режима при Р до 2000 кВт;

Дополнительно при мощности Рот 2000 до 5000 кВт:
- Отсечка с контролем 1 фазы
Дополнительно при мощности более 5000 кВт
- Отсечка в 2х фазах и продольная дифференциальная защита.
Защита КЛ и ВЛ
При напряжении от 6 до 35 кВ:
- от КЗ - максимальная токовая защита, отсечка без выдержки времени

• от замыканий на землю – земляная с действием на сигнал или на отключение с выдержкой времени
• от перегрузок МТЗ с зависимой характеристикой срабатывания
• Дифференциальная поперечная с действием на отключение

Защита трансформаторов ГПП и КТП напряжением выше 6 кВ. Выбирается в зависимости от мощности трансформатора и его типа.

• от КЗ в обмотках и выводах
• от замыканий на землю в обмотках и выводах
• от витковых замыканий в обмотках
• от внешних КЗ
• от перегрева магнитопровода и масла
• от повышения давления
• от перегрузок
• от снижения уровня масла

Наиболее часто применяются следующие виды защиты:

• Продольная дифференциальная мгновенного действия на базе реле РНТ или блоков ДЗТ )
• Отсечка (если нет ДЗ)
• МТЗ трехфазная, двух- или трехрелейная на базе реле РТ-40 или РТ-80
• Газовая на сигнал или отключение.
• Земляная на базе реле РТЗ-51 или аналогичного.

• От 2-х и 3-х фазных КЗ - отсечка мгновенного действия на двух реле РТ-40
• От перегрузок более 130 % номинальных – МТЗ на трех реле РТ-80
• От повышения напряжения более 110 % номинального защита от максимального напряжения на реле РН – 50 с выдержкой времени 3 ¸5 мин.
• От замыканий на землю – земляная защита на базе реле РТЗ – 51 или аналогичных.