МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЧЕРНІГІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» НАВЧАЛЬНО-НАУКОВИЙ ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОННИХ ТА ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ Кафедра електричної інженерії та інформаційно-вимірювальних технологій ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА до курсового проєкту з дисципліни «Основи релейного захисту та автоматики в електроенергетичних системах» Варіант №5 Виконав студент групи ЕМ-201 Перевірив доцент, к.т.н. Ізюмець В.А. Приступа А.Л. Чернігів 2023 Я, Ізюмець Віктор Андрійович, підтверджую, що дана робота є моєю власною письмовою роботою, оформленою з дотриманням цінностей та принципів етики і академічної доброчесності відповідно до Кодексу академічної доброчесності Національного університету «Чернігівська політехніка». Я не використовував жодних джерел, крім процитованих, на які надано посилання в роботі. ЗМІСТ ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ .................................................................................................... 4 ВСТУП .................................................................................................................................. 5 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ ............................ 6 Розрахунок параметрів ЛЕП ...................................................................................... 6 Розрахунок параметрів трансформаторів 10/0,4 кВ ................................................ 7 Розрахунок параметрів трансформатора на ПС ТДН 16000/150/10 ...................... 8 Розрахунок струмів КЗ................................................................................................ 9 ВИБІР, НАЛАШТУВАННЯ ТА ПЕРЕВІРКА ЗАХИСНОГО ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЛІНІЙ 10 КВ ТА ТРАНСФОРМАТОРІВ 10/0,4 КВ ................ 12 Розрахунок максимального струмового захисту ................................................... 12 Розрахунок струмової відсічки ................................................................................ 16 Розрахункова перевірка трансформатора струму 10кВ ........................................ 18 ОСНОВНИЙ ЗАХИСТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА ..................... 22 Розрахунок диференційного захисту ...................................................................... 22 Газовий захист трансформатора .............................................................................. 27 ВИСНОВКИ ..................................................................................................... 30 ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ ................................................................................. 31 ДОДАТОК А ...................................................................................................................... 32 4 ТЕХНІЧНЕ ЗАВДАННЯ В курсовому проекті необхідно зробити: 1. Для спроектованої підстанції в курсовому проекті «Електричні станції, підстанції» виконати розрахунок струмів КЗ з врахуванням можливості регулювання напруги силових трансформаторів. 2. Розрахувати ступінчастий струмовий захист лінії 10кВ (однієї з ЛЕП, що живляться від спроектованої підстанції). Виконати розрахункову перевірку трансформаторів струму 10кВ. Побудувати карту селективності (захист трансформаторів 10/0,4 кВ виконано запобіжниками). Привести схеми захисту. Схема лінії 10 кВ представлена на рисунку 1. Параметри ЛЕП 10кВ представлені в таблиці 1 та 2. 3. Розрахувати основний захист силового трансформатора (автотрансформатора). Привести схеми захисту. Рисунок 1 – Схема електричної мережі 10 кВ Таблиця 1 – Марки проводів (кабелів) ділянок електричної мережі 10 кВ L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L9 ААШв ААШв ААШв ААШв АС АС АС СИП 3 СИП 3 Примітка: ділянки ЛЕП напругою 10 кВ виконані проводом (кабелем) перерізом 35 мм2 Таблиця 2 – Додаткові дані Потужність короткого замикання на шинах ВН розподільчої підстанції, МВА 8500 Марка силових трансформаторів розподільчої підстанції ТДН 16000/150/10 Пристрій захисту лінії 10 кВ РЗЛ-01 5 ВСТУП Релейний захист є основним видом електричної автоматики без якої неможлива нормальна робота енергосистем. Він здійснює безперервний контроль за станом усіх елементів електроенергетичної системи і реагує на виникнення несправностей та ненормальних режимів.[1] Релейний захист має важливе значення для розвитку енергетики, підвищення надійності енергосистем. Релейний захист здійснює автоматичну ліквідацію пошкоджень і ненормальних режимів в електричній частині енергосистем і є найважливішою автоматикою, що забезпечує їх надійну і стійку роботу.[1] У сучасних енергосистемах значення релейного захисту особливо зростає у зв'язку з бурхливим розвитком потужності енергосистем, об'єднанням їх в єдині електрично пов'язані системи в межах кількох областей, усієї країни, і навіть кількох держав. Збільшення навантажень та протяжності ліній електропередачі, посилення вимог до стійкості енергосистеми ускладнюють умови роботи релейного захисту і підвищують вимоги до його швидкодії, чутливості і надійності. У зв'язку з цим йде безперервний процес розвитку і вдосконалення техніки релейного захисту, спрямовані на створення все більш надійних захистів, що відповідають вимогам сучасної енергетики. У зв'язку зі зростанням струмів короткого замикання, викликаним збільшенням генераторної потужності енергосистем, актуальним стає питання точності трансформації первинних струмів, що живлять вимірювальні органи релейного захисту. Для розв’язання цієї проблеми досліджується поведінка трансформаторів струму, вивчаються можливості підвищення їх точності, розробляються практичні методи розрахунку похибок трансформаторів струму й нові більш точні способи трансформації первинних струмів.[1, 2] За виникнення збоїв енергомережі, релейний захист, повинен виявляти їх і, залежно від характеру порушення, або вимикати обладнання, якщо виникла небезпека його пошкодження, або проводити автоматичні операції, потрібні для відновлення нормального стану (наприклад, увімкнення після аварійного вимкнення, з надією на самоусунення аварії чи під'єднання резервного живлення), або здійснювати сигналізацію оперативним працівникам, які повинні вживати заходи для виправлення неполадок.[1] 6 РОЗРАХУНОК СТРУМІВ КОРОТКОГО ЗАМИКАННЯ Для спроектованої підстанції в курсовому проекті «Електричні станції та підстанції» виконати розрахунок струмів КЗ з врахуванням можливості регулювання напруги силових трансформаторів (автотрансформаторів). Розрахунок параметрів ЛЕП Спочатку необхідно взяти дані з довідників: Для кабелю ААШв-10 3×35 дані взято з [3]. Для проводу АС-35 дані взято з [4, с.274]. Для проводу СИП 1×35дані взято з [5]. Дані занесено до таблиці 1.1. Таблиця 1.1 – Довідникові дані Марка проводу ААШв-10 3×35 АС-35 СИП 1×35 R0, Ом/км 0,89 0,79 0,986 X0, Ом/км 0,095 * * d, мм ** 8,4 11,5 Примітки:* – погонні реактивні опори будуть розраховані далі; ** – діаметр проводу ААШв-10 3×35 для розрахунків не потрібний, оскільки в вихідних параметрах присутній реактивний погонний опір. Тепер знайдемо активні та реактивні опори ділянок ЛЕП за формулами (1.1) та (1.2) відповідно: де R Li R 0 L i , (1.1) Х Li Х 0 L i , (1.2) R Li , Х Li – опір і-тої ділянки ЛЕП; R 0 , Х 0 – погонний опір певної марки проводу; Х 0 розраховується як: 2D 0,016 (D – відстань між проводами, для 10 кВ 1 м; X 0( АС 95 ) 0,144 lg d d – діаметр проводу); L i – довжина і-тої ділянки ЛЕП. Результати розрахунків занесено до таблиці 1.2. 7 Таблиця 1.2 – Опори ділянок ЛЕП 10 кВ Ділянка ЛЕП RL, Ом L1 0,623 L2 0,267 L3 0,089 L4 0,223 L5 0,316 L6 0,158 L7 0,095 L8 0,099 L9 0,197 XL, Ом 0,067 0,029 0,01 0,024 0,143 0,072 0,043 0,034 0,068 Розрахунок параметрів трансформаторів 10/0,4 кВ З [6] візьмемо паспортні характеристики КТП та занесемо їх до таблиці 1.3. Таблиця 1.3 – Паспортні характеристики КТП 10/0,4 кВ Тип Uвн, кВ Uнн, кВ Sтн, ΔPкз, трансформатора кВА кВт ТМ-100 10 0,4 100 1,97 ТМ-160 10 0,4 160 2,65 ТМ-250 10 0,4 250 3,7 ΔPхх, кВт 0,26 0,37 0,53 Uкз%, % Iхх%, % 4,5 4,5 4,5 1,6 1,4 1,2 За формулами (1.3) та (1.4) знайдемо активні та реактивні опори трансформаторів: де U 2ВН ТМ , R T ΔPКЗ 2 SТН (1.3) XT ZT2 R T2 , (1.4) U КЗ% U 2ВН ТМ ZT . 100 SТН Результати розрахунків занесено до таблиці 1.4. Таблиця 1.4 – Активні та реактивні опори трансформаторів 10/0,4 кВ Трансформатор Позначення RT, Ом ZT, Ом XT, Ом ТМ-100 Т4 19,7 45 40,459 ТМ-160 Т1; Т3; Т6 10,352 28,125 26,151 ТМ-250 Т2; Т5 5,92 18 16,999 8 Розрахунок параметрів трансформатора на ПС ТДН 16000/150/10 Необхідно розрахувати опори трансформатора на ПС. Для цього занесемо до таблиці 1.5 його паспортні характеристики з [4, с.241] та мінімальне та максимальне значення напруги Uкз% з [7]. Таблиця 1.5 – Паспортні характеристики трансформатора типу ТДН 16000/150/10 Тип Uвн, Uнн, Sтн, ΔPкз, ΔPхх, Uкз%міn, Uкз%мах, Iхх%, трансформатора кВ кВ кВА кВт кВт % % % ТДН 16000/150/10 158 11 16000 85 21 10,05 10,62 0,8 За формулою (1.5) знайдемо активний опір трансформатора: 2 U 2ВН ПС1 3 158 R ТДН ΔPКЗ 85 10 8,289 Ом . 2 SТН 16000 2 (1.5) Для подальших розрахунків визначимо максимальну та мінімальну напругу на шинах НН з урахуванням положення РПН (±8×1,5%) за формулами (1.6) та (1.7) відповідно: U МАХ РПН U ВН ТДН δU 158 18,96 176,96 кВ , (1.6) U МIN РПН U ВН ТДН δU 158 18,96 139,04 кВ , (1.7) U ВН ТДН 158 12 18,96 кВ . ( Ед – відхилення РПН Ед 8 1,5 12% ). 100 100 За формулами (1.8) та (1.9) знайдемо реактивні опори трансформатора для максимального та мінімального положення РПН відповідно: де δU Ед 2 2 X ТДНmax ZТДНmax R ТДН 207,852 2 8,289 2 207,7 Ом, де U КЗ%max U 2МАХ РПН 10,62 179,96 2 ZТДНmax 207,852 Ом. 100 100 16 SТН1 (1.8) 9 2 2 X ТДНmin ZТДНmin R ТДН 121,43 2 8,289 2 121,1 Ом, де (1.9) U КЗ%min U 2МIN РПН 10,05 121,43 2 Z ТДН min Ом. 100 100 16 SТН1 Оскільки на ПС1 встановлені 2 трансформатори, то опори будуть в 2 рази меншими (1.10)-(1.12). R ПС1 Х ПС1 max Х ПС1 min R ТДН 2 4,144 Ом, Х ТДН max 2 Х ТДН minx 2 (1.10) 103,843 Ом, (1.11) 60,573 Ом . (1.12) Результати розрахунку занесені до таблиці 1.6 Таблиця 1.6 – Активні та реактивні опори підстанції Трансформатор RПС1, Ом XПС1max, Ом 2×ТДН 16000/150/10 4,144 103,843 XПС1min, Ом 60,573 Розрахунок струмів КЗ Накреслимо схему заміщення рисунку 1 для розрахунку струмів КЗ (рисунок 1.1), додавши сторону ВН 150 кВ з попереднього курсового проекту та взявши опори ліній ВН 150 кВ для подальших розрахунків, які наведені в таблиці 1.7. Таблиця 1.7 – Опори ділянок ЛЕП 150 кВ Ділянка ЛЕП RL, Ом L150-1 10,647 L150-2 8,577 L150-3 7,323 XL, Ом 22,256 17,93 15,309 10 Рисунок 1.1 – Схема заміщення електричної мережі для розрахунку струмів КЗ Розрахунки виконаємо методом відносних одиниць. Для цього задаймось базисною потужністю SБ=8500 МВА. Спочатку розрахуємо внутрішній опір ЕЕС за формулою (1.13): X*C SБ 8500 1 в.о. SКЗ 8500 (1.13) Тепер переведемо всі розраховані опори у відносні одиниці за формулами (1.14) та (1.15): де R* R SБ , U2 X* X SБ U2 . (1.14) (1.15) U – напруга на якій знаходиться елемент. Далі знайдемо активний та реактивний опір всіх точок КЗ, який визначається як сума всіх опорів ліній й трансформаторів, що йдуть до точки. Окремо рахуються реактивні опори для максимального та мінімального положення РПН. Тепер знайдемо струми КЗ за формулою (1.16): 11 I K3 SБ 3 U Z*К . (1.16) Також для подальших розрахунків знайдемо двофазні струми КЗ за формулою (1.17): I K2 3 3 I . 2 K (1.17) Результати розрахунків занесено до таблиці 1.7. Таблиця 1.7 – Розраховані еквівалентні опори у відносних одиницях та струми КЗ I K2 , кА X*, Ом Z*, Ом I K3 , кА Точка R*, КЗ Ом MIN MAX MIN MAX MIN MAX MIN MAX К0 2,17 5,54 5,54 5,95 5,95 5,221 5,221 4,521 4,521 КПС1 3,58 26,16 40,9 26,41 41,05 18,583 11,954 16,094 10,352 КL1 56,54 31,82 46,55 64,88 73,23 7,565 6,701 6,551 5,803 КL2 79,23 34,24 48,97 86,31 93,15 5,686 5,269 4,924 4,563 КL3 86,8 35,05 49,78 93,61 100,06 5,243 4,905 4,54 4,248 КL4 105,71 37,07 51,8 112,02 117,72 4,381 4,169 3,794 3,61 КL5 132,57 49,24 64 141,42 147,2 3,47 3,334 3,005 2,887 КL6 100,23 41,13 55,87 108,34 114,75 4,53 4,277 3,923 3,704 КL7 108,29 44,79 59,52 117,18 123,56 4,188 3,972 3,627 3,44 КL8 87,61 37,12 51,85 95,15 101,81 5,157 4,82 4,467 4,175 КL9 122,47 42,83 57,56 129,74 135,32 3,782 3,626 3,276 3,141 КT1 936,42 2254,6 2269,4 2441,4 2455 0,201 0,1999 0,1741 0,1731 КT2 590,81 1482 1496,7 1595,4 1609,1 0,3075 0,305 0,2664 0,2641 КT3 1002,4 2265,6 2280,4 2477,5 2490 0,1981 0,197 0,1715 0,1706 КT4 1807,1 3488,2 3503 3928,5 3941,6 0,1249 0,1245 0,1082 0,1078 КT5 603,43 1486 1500,8 1603,9 1617,5 0,306 0,3034 0,265 0,2627 КT6 988,17 2267,6 2282,3 2473,6 2487,1 0,1984 0,1973 0,1718 0,1709 12 ВИБІР, НАЛАШТУВАННЯ ТА ПЕРЕВІРКА ЗАХИСНОГО ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ЛІНІЙ 10 КВ ТА ТРАНСФОРМАТОРІВ 10/0,4 КВ Розрахувати ступінчастий струмовий захист лінії 10кВ (однієї з ЛЕП, що живляться від спроектованої підстанції). Виконати розрахункову перевірку трансформаторів струму 10кВ. Побудувати карту селективності (захист трансформаторів 10/0,4 кВ виконано запобіжниками). Привести схеми захисту. Для подальших розрахунків необхідно записати деякі параметри: Захист лінії з однобічним живленням виконується, двоступінчастим, перший ступінь якого це СВ, а другий – МСЗ з незалежною чи залежною характеристикою витримки часу. Захист буде виконаний на базі реле МСЗ-01, параметри якого взяті з [8]: k З =1,1; k П =0,95. Нехай навантаження буде змінним, а тому k СЗ =1. Коефіцієнт трансформації k I =300/5=60. Схема з’єднання трансформаторів струму буде «Неповна зірка», для якої k CX = 1. Розрахунок максимального струмового захисту Спочатку знайдемо уставку струму спрацювання МСЗ за формулою (2.1): ІІІ IСЗ k З k СЗ I р мах , kП (2.1) де I р мах – робочий максимальний струм лінії, значення якого є мінімальним з наступних умов: І допЛЕП 106 А; I рmax min S 2,273 І 131,216 А; р 3 Uн 3 10 де І ДОП – допустимий тривалий струм кабелю ААШв-10 3×35, який, відповідно до [1], дорівнює ІдопЛЕП = 106 А; І р – максимальний розрахунковий струм; 13 S – максимальна потужність, на яку розрахований фідер. Це значення у курсовому проекті з дисципліни «Електрична частина станцій та підстанцій» прийнято S = 2,273 МВА. Мінімальне значення робочого максимального струму I р мах =106 А. Далі за формулою (2.2) знайдемо уставку струму спрацювання МСЗ: ІІІ I СЗ k З k СЗ 1,1 1 I р мах 106 245.474 А . kП 0,95 (2.2) Тепер необхідно вибрати запобіжники з боку ВН для захисту трансформаторів 10/0,4 кВ та виконати перевірку струму спрацювання запобіжника з найбільшим номінальним струмом плавкої вставки при її перегорянні за 5с І5с, щоб виконувалась умова (2.3): ІІІ IСЗ 1,4 I5с . 1,5 (2.3) В умові коефіцієнт 1,4 враховує час гасіння дуги в запобіжнику, розкид характеристики за струмом до 20%. Для мікропроцесорних реле також враховується додатковий коефіцієнт 1,5. Для подальших розрахунків необхідно вибрати запобіжники. Номінальний струм плавкої вставки білий або дорівнює значенню номінального струм трансформатора та визначається з табличних значень. Запобіжники типу ПКТ-10 виготовляються з номінальні струми відключення 12,5, 20 та 31,5 кА. Розрахуємо номінальні струми трансформаторів за формулою (2.4) та за ними визначимо номінальні струми плавких вставок: ІнПВ ІТН 2 S . 3 U НОМ Результати розрахунків занесено до таблиці 2.1. (2.4) 14 Таблиця 2.1 – Результати вибору запобіжників ПКТ-10 Марка S, кВА UВН, кВ ІТН, А ІнПВ, А трансформатора ТМ-100 100 10 11,547 16 ТМ-160 160 10 18,475 20 ТМ-250 250 10 28,868 31,5 Марка запобіжника ПКТ-10-16-12,5 ПКТ-10-20-12,5 ПКТ-10-31,5-12,5 Потім, відповідно до [9, с.345], для кожного запобіжника була побудована часо-струмова характеристика, наведена на рисунку А.1. За характеристикою запобіжника з найбільшим номінальним струмом плавкої вставки, в даному випадку ПКТ-10-31,5-12,5 знаходимо струм при якому плавка вставка перегорятиме за 5 секунд: І5с = 103,9 А (рисунок А.1). Далі, відповідно до формули (2.3): ІІІ I СЗ 1,4 I5с 1,5 , 1,4 103,89 А, 1,5 245,474 А 96,97 А. 245,474 А Рівність виконується, отже продовжуємо розрахунки зі струмом спрацювання запобіжника. Тепер знайдемо струм спрацювання реле МСЗ, який розраховується за формулою (2.5): ІІІ IСР k СЗ ІІІ 1 IСЗ 245,474 4,091 А . kI 60 (2.5) Струмовий захист буде виконаний на базі мікропроцесорного реле РЗЛ-01, для якого з [8, с.7] відомо, що діапазон уставок струму спрацювання реле дорівнює 0,1 – ІІІ 25 I Н з кроком 0,02 I Н , тому уставка струму спрацювання реле буде I СРН =4,1 А. Тепер знайдемо номінальний струм первинного кола, при якому спрацює захист за формулою (2.6): ІІІ IСЗН k I ІІІ 60 IСРН 4,1 246 А . k СЗ 1 (2.6) 15 Оскільки значення зовнішнього максимального струму КЗ (струм узгодження). I УЗГ = 7564,559 А перевищує значення 1000 А, коли ПКТ-10-31,5-12,5 перегоряє менше ніж за 0,01 с, то цим значенням можна знехтувати, а тому час ступеня селективності буде приблизно дорівнювати часу спрацювання захисту, тобто tСЗ ≈ 0,3 с. Для визначення уставки спрацювання реле ТУСТ необхідно використати емпіричну формулу, за якою будується характеристика мікропроцесорного реле МСЗ-01. Відповідно до [8, с.55], час спрацювання захисту для сильно інверсної характеристики визначається за формулою (2.7): t 13,5 Т УСТ ІІІ I СЗН 1 . (2.7) Тоді, відповідно до формули (2.7), маємо наступний розрахунок: І УЗГ t ІІІ 1 0,3 7564,559 1 I 248 0,661 с . Т УСТ СЗН 13,5 13,5 З [8, с.7] відомо, що діапазон уставок витримок часу спрацювання реле дорівнює 0 – 32 с з кроком 0,05 с, тому уставка витримки часу спрацювання реле буде Т УСТН =0,7 с. Також необхідно побудувати карту селективності, для цього необхідно розрахувати часострумову характеристику реле, яку можна знайти за формулою (2.7). Характеристика повинна проходити вище, або через точку, яка відповідає струму узгодження I УЗГ = 7564,559 А та витримці часу t = 0,3 с. За формулою (2.7) проведемо розрахунки для декількох кратів струму для побудови графіка. Результати розрахунку занесені до таблиці 2.2. Таблиця 2.2 – Часо-струмова характеристика I, А 7564,6 4920 3690 2460 1230 984 738 492 369 319,8 270,6 258,3 250,92 0,5 0,68 1,05 2,36 3,2 4,73 9,45 18,9 31,5 94,5 189 472,5 t, с 0,32 За результатами вище наведеної таблиці була побудована характеристика реле на карті селективності (рисунок А.1). 16 Далі необхідно провести перевірку чутливості МСЗ формулами (2.8) та (2.9): І 2 2887,293 k ч Кмin10 11,737 , ІІІ 246 IСЗН kч де 2 ІКмin0,4 ІІІ IСЗН 107,842 0,438 , 246 (2.8) (2.9) 2 –мінімальний струм (при максимальному положенні РПН) двофазного ІКмin10 КЗ на шині ВН ПС 10/0,4 кВ; 2 – мінімальний струм (при максимальному положенні РПН) двофазного ІКмin0,4 КЗ на шині НН ПС 10/0,4 кВ, приведений до напруги 10 кВ. Коефіцієнт чутливості для основного захисту повинен бути більшим або рівним 1,5. В основній зоні чутливість МСЗ забезпечується. Коефіцієнт чутливості для резервного захисту повинен бути більшим або рівним 1,2. В резервній зоні чутливість МСЗ не забезпечується, але відповідно до [10], допускається відсутність резервування за трансформаторами 10/0,4 кВ для захистів повітряних ліній 10 кВ. Розрахунок струмової відсічки Значення вставки струму спрацювання СВ є більшим або рівним за наступні значення: k З I К ЗОВНмin ; І Iсз k НАД ІТН ; ІТс , де I К ЗОВНмin – мінімальний струм (при максимальному положенні РПН) зовнішнього КЗ з боку НН ПС 10/0,4 кВ; k НАД – коефіцієнт надійності, який використовується для врахування не спрацювання СВ при кидку струму намагнічування, який дорівнює kН = 4; ІТН – сума номінальних струмів трансформаторів 10/0,4 кВ; І Тс – струм, за якого плавка вставка запобіжника з найбільшим ІнПВ перегорятиме за час Т секунд; 17 Оскільки струм спрацювання СВ задається кратністю відносно номінального струму спрацювання захисту, то мінімальний струм (при максимальному положенні РПН) зовнішнього КЗ буде прийнятий з боку НН ПС 10/0,4 кВ, приведений до 10 кВ, бо це забезпечить кращу чутливість відсічки. Отже, I К ЗОВНмin . = 304,978 А. Також прийняття такого рішення обумовлене особливістю СВ: зона дії захисту поширюватиметься не на всю лінію, а також МСЗ не забезпечує достатню чутливість зі сторони НН ПС 10/0,4 кВ. Тоді струм спрацювання СВ розраховується за формулою (2.10): І IСЗ k З I К ЗОВНмin 1,1 304,978 335,476 А . (2.10) Сума номінальних струмів трансформаторів визначається за формулою (2.11): ІТН SТНі 160 250 160 100 250 160 62,354 А . 3 Uн 3 10 (2.11) Тоді кидок струму намагнічування розраховується за формулою (2.12): І КС k НАД ІТН 4 62,354 249,415 А . (2.12) Час Т визначається за формулою (2.13) як сума часів спрацювання СВ t СВ = 0,03 с та часу розмикання контактів, згідно з курсовим проєктом, вакуумного вимикача t В = 0,035 с. T t СВ t В 0,03 0,035 0,065 c . (2.13) За характеристикою запобіжника з найбільшим номінальним струмом плавкої вставки, в даному випадку ПКТ-10-31,5-12,5 знаходимо струм при якому плавка вставка перегорятиме за 0,065 секунд: І0,065с = 392 А (рисунок А.1). Далі необхідно перевірити чутливість СВ за формулою (2.14): IІ 392 k ч ІІІСЗ 1,593 . IСЗН 246 (2.14) 18 Для СВ така кратність недостатня, тому візьмемо К = 3, щоб забезпечити додатковий запас відносно характеристики запобіжника. Струм спрацювання СВ розраховується за формулою (2.15): І ІІІ IСЗН k ч IСЗН 3 246 738 А . (2.15) Тепер виходить, що струмова відсічка більш чутлива ніж МСЗ, а тому вона буде основним захистом, а МСЗ буде в якості резерву. Розрахунок СВ вимагає перевірку його чутливості. Це значення визначається за формулою (2.16): kч де ІК2 ПОЧмin І IСЗН 10352 ,403 14,028 , 738 (2.16) – мінімальний струм (при максимальному положенні РПН) двофазного ІК2ПОЧмin КЗ на початку основної зони дії захисту, який дорівнює ІК2 ПОЧмin . = 10352,403 А. Коефіцієнт чутливості СВ повинен бути більшим або рівним 2. Отже чутливість СВ забезпечується. Розрахункова перевірка трансформатора струму 10кВ Перша перевірка трансформаторів струму на 10%-ву похибку ( 10% ) виконана за кривими граничної кратності. Для цієї перевірки спочатку необхідно визначити розрахунковий струм І1 РОЗР , який для МСЗ із залежною характеристикою відповідає первинному струму узгодження І1 РОЗР = I УЗГ = 7564,559 А. Для визначення за графіком допустимого значення повного опору z 2 ДОП , при якому похибка ТС дорівнює 10%, розраховується гранична кратність як наведено нижче: І 7564,559 k10 1 РОЗР 25,215 . І1 НОМ 300 Тепер необхідно відкласти точку k10 на графіку з [11] (рисунку 2.1), та знайти допустиме значення повного опору Z 2 ДОП , яке дорівнює Z 2 ДОП = 0,68 Ом. 19 Рисунок 2.1 – Крива граничної кратності для ТОЛ-10 Для схеми «Неповна зірка» фактичне значення повного опору Z2 ФАКТ визначається формулою (2.17): Z2 ФАКТ 2 R ПР ZР R ПЕР , де (2.17) rПР – опір з’єднувальних проводів, які будуть мідним з питомим опором ρ = 0,017 Ом∙мм2/м, площею поперечного перерізу F = 2,5 мм2 та довжиною l = 10 м; ZР – повний опір реле, визначається як: ZР SСПОЖ I 22 НОМ ; ( SСПОЖ – потужність, що споживається від кожної із фаз при живленні від ланцюгів напруги, S=2,5 ВА; I 2 НОМ – вторинний номінальний струм I 2 НОМ =5 А [8, c.7]); 20 R ПЕР – перехідний опір, який при розрахунках приймається R ПЕР = 0,05 Ом. Тепер підставимо всі значення до формули (2.17) та знайдемо фактичний повний опір. Z2 ФАКТ 2 R ПР ZР R ПЕР l S 2 2СПОЖ R ПЕР F I 2 НОМ 2 0,017 10 2,5 0,05 0,268 Ом. 2,5 52 Оскільки Z2 ФАКТ 0,268 Ом Z2 ДОП 0,68 Ом , то трансформатор струму проходить першу перевірку. Друга перевірка f MAX f ДОП . Ця перевірка виконується лише для електромеханічних реле. Третя перевірка трансформаторів струму на відсутність небезпечних перенапруг у вторинних ланцюгах трансформаторів струму при тому ж максимальному струмі КЗ І Кмах , тобто U 2 MAX U 2 ДОП . Спочатку знайдемо U 2 MAX за формулою (2.18): І 18583,5 U 2 МАХ Кмах Z2 ФАКТ 0,268 88,581 В , КІ 60 де (2.18) І Кмах – максимальний струм (при мінімальному положенні РПН). Оскільки, згідно з [9, c.55] для вторинних кіл U2 ДОП = 1000 В, то умова виконуватиметься: U 2 MAX 88,581 В U 2 ДОП 1000 В . Схема захисту згідно з [8] матиме вигляд (рисунок 2.2). 21 Рисунок 2.2 – Схема захисту на базі РЗЛ-01 22 ОСНОВНИЙ ЗАХИСТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА Розрахунок диференційного захисту Основним живлячим трансформатором є ТДН-16000/150/10, який має потужність в 16 МВА, що є більшим ніж 6,3 МВА, а тому для забезпечення чутливості, буде використаний диференційний струмовий захист з гальмуванням ДЗТ-11. Для початку необхідно визначити первинні та вторинні струми обмоток трансформатора за його номінальними параметрами. Розрахунки та результати наведені в таблиці 3.1 Таблиця 3.1 – Первинні та вторинні струми обмоток трансформатора Значення Величина ВН 150 кВ НН 10 кВ Первинний SПС1 16000 16000 58,466 А номінальний струм 839,782 А U ВН ПС1 158 11 трансформатора, А Коефіцієнт трансформації 100/5=20 1000/5=200 трансформатора струму Схема з’єднання обмоток Δ Y трансформатора струму 101,3 1 Вторинний струм у I ПЕР k CХ 101,3 3 5,063 А 4,199 А плечах захисту, А kI 20 20 Тепер визначимо струм небалансу за формулою (3.1): IНБ , I НБ IНБ IНБ де IНБ – складова, обумовлена похибкою ТС; – складова, обумовлена регулюванням напруги трансформатора; IНБ – складова, обумовлена неточністю установки на комутаторі реле IНБ розрахункових чисел витків зрівняльних обмоток. (3.1) 23 Перша складова IНБ розраховується за формулою (3.2): IНБ k АПЕР k ОДН I Кмах , де (3.2) k АПЕР – коефіцієнт, що враховує перехідний режим, для реле ДЗТ може бути прийнятий k АПЕР =1, k ОДН – коефіцієнт однотипності , приймається k ОДН =1, якщо на всіх сторонах трансформатора не більше одного вимикача, – відносне значення струму намагнічування, приймається =0,1, І Кмах – розрахунковий максимальний струм КЗ (при мін. положенні РПН). розраховується за формулою (3.3): Друга складова IНБ ΔU* I Кмах , IНБ де (3.3) ΔU*α – відносна похибка, обумовлена регулюванням напруги на сторонах трансформатора (половина діапазону регулювання РПН); І Кмах – розрахунковий максимальний струм КЗ (при мін. положенні РПН). розраховується за формулою (3.4): Третя складова IНБ IНБ де I розр I I розр І I Кмах , (3.4) I розр – розрахункове число витків обмоток реле для неосновної сторони; І I Кмах –Розрахунковий струм КЗ на стороні. де використовується I . За основну сторону захисту приймемо сторону ВН, оскільки так виконується регулювання напруги. Приведемо струм КЗ в точці КПС1 до сторони ВН за формулами (3.5) та (3.6): 24 U НОМ НН 10 І I Кмах 18583,5 1,337 кА , U МIN РПН 139,04 (3.5) U НОМ НН 10 І I Кмin 11953,925 675,516 А , U МАХ РПН 176,96 (3.6) I КмахВН I КмinВН враховувати не При визначенні первинного струму небалансу складову IНБ потрібно, тому що вона визначається в ході розрахунку. Підставимо всі значення до формули (3.7): 1 1 0,1 0,12 1,337 294,043 А , I НБ IНБ IНБ (3.7) Попередній струм спрацювання захисту за умовою відбудови від кидка струму намагнічування трансформатора при включенні його в роботу буде знайдений за умовою (3.8): IСЗ k Н IТН 1,5 58,466 87,699 А , де (3.8) k Н – коефіцієнт відбудови захисту від кидків струму намагнічування, k Н = 1,5; I ТН – номінальний струм трансформатора. Попередній струм спрацювання реле розрахуємо за формулою (3.9): I СР I СЗ k СХ 3 87,699 7,595 А , kІ 20 (3.9) Тепер визначимо число витків обмоток реле: Сторона ВН розраховується за формулою (3.10): ω ОСН РОЗР FCР І СР ОСН 100 13,167 , 7,595 ω ОСН 13 витків, де FCР – магнітодіюча сила, для ДЗТ 11 FCР =100 [9]. Тепер знайдемо струм спрацювання з оберненої формули (3.10): (3.10) 25 І СР ОСН FCР 100 7,692 А . ωОСН 13 Сторона НН розраховується за формулою (3.11): ω НЕОСН РОЗР ω ОСН І 2 ОСН 13 5,063 15,676, І 2 НЕОСН 4,199 (3.11) ω ОСН 16 витків. за формулою Далі можемо визначити третю складову струму небалансу IНБ (3.4): IНБ 15,676 16 1,337 27,611 А . 15,676 Тепер за формулою (3.1) можна знайти сумарний струм небалансу: IНБ 294,043 27,611 321,654 А , I НБ IНБ IНБ Далі за формулою (3.12) необхідно розрахувати кількість витків гальмівної обмотки, яка включена на стороні НН: ωГ де k Н I НБ ωНЕОСН РОЗР 1,5 321,654 15,676 7,545 витків , I Кмах tgα 1337 0,75 (3.12) tgα =0,75 для реле ДЗТ 11. Згідно з [9, с.233] для реле ДЗТ-11 найближче більше значення числа витків гальмівної обмотки буде ωГ 9 витків . З попередніх розрахунків виходить, що остаточно прийняті числа витків будуть: 26 ωОСН ωР1 ВН 13 витків, ωНЕОСН ωР2 НН 16 витків, ωГ НН 9 витків. Тепер проведемо перевірку чутливості захисту при ушкодженні в зоні його дії При двофазному КЗ на шинах 10 кВ трансформатора в зоні дії захисту, струм ушкодження буде проходити через трансформатори струму сторони 150 кВ, з'єднані в трикутник. У цьому випадку розрахунковий струм у реле ДЗТ 11 визначається по формулі (3.13) [9 c.157]. I СРmin 1,5 I КмinВН 1,5 675,516 50,664 А , kІ 20 (3.13) Коефіцієнт чутливості буде розрахований за формулою (3.14): I 50,664 k Ч СРmin 6,586 . IСР 7,692 (3.14) Коефіцієнт чутливості повинен бути більшим або рівним 2. Отже чутливість забезпечується, тому реле проходить перевірку. Схема включення обмоток, відповідно до [9, c.233]. реле ДЗТ-11 однієї фази (фаза А) повздовжньо-диференційного захисту представлена на рисунку 3.1: 27 Рисунок 3.1 – Схема включення обмоток реле ДЗТ-11 Газовий захист трансформатора Газовий захист має два органи – сигнальний та вимикаючий. Сигнальний орган газового захисту діє на сигнал у разі пониження рівня оливи в баку трансформатора та слабкому газоутворенні. Вимикаючий орган газового захисту діє на вимкнення трансформатора від мережі у разі подальшого пониження рівня оливи, а також за інтенсивного газовиділення. Допускають дію вимикаючого органа газового захисту на сигнал на трансформаторах, що працюють у сейсмічній зоні, а також на внутрішньоцехових трансформаторах потужністю до 2,5 МВА, у яких відсутні вимикачі на стороні високої напруги.[12] Основним елементом газового захисту є газове реле, яке встановлюють в патрубку, що з’єднує бак трансформатора з розширювальним бачком (рисунок 3.2).[12] 28 Рисунок 3.2 – Розміщення газового реле на трансформаторі Для захисту заданого силового трансформатора використаємо газове реле типу ГРЧЗ-66 чашкового типу (рисунок 3.3).[12] Рисунок 3.3 – Конструкція газового реле чашкового типу 29 Реле поплавкового та чашкового типів відрізняються за конструкцією рухомої частини. У реле поплавкового типу замість рухомих поплавків застосовують рухомі плоскодонні чашки 1, 2. Чашки виконані з анодованого алюмінію, вони можуть повертатись відносно нерухомої осі 3. До кожної чашки жорстко закріплено контакт 4, який рухається разом з чашкою. Другий контакт 5 нерухомо закріплений до корпусу реле. У верхньому положенні чашки утримують пружини 6.[12] За пониження рівня оливи в баку трансформатора, верхня чашка опиняється в повітрі, але вона заповнена оливою, що в ній залишилась. Пружина відрегульована так, що вона не може утримати в верхньому положенні чашку, наповнену оливою. Тому чашка опускається і контакти (рухомий 4 та нерухомий 5) верхньої чашки замикаються. Ці контакти діють у колах сигналізації, аналогічно до контактів верхнього поплавка газового реле поплавкового типу.[12] Нижня чашка, на відміну від верхньої, має ще пластину 7, жорстко закріплену до чашки перпендикулярно до напрямку руху оливи в патрубку. Пластина призначена для підсилення дії струменя оливи, який, за значних пошкоджень у баку трансформатора, буде переміщатись в патрубку, де встановлене газове реле. За значних пошкоджень у середині бака трансформатора виникає потік оливи, що разом з продуктами розкладу тисне на пластину. Пластина разом з нижньою чашкою повертається відносно осі 3. Від цього замикаються контакти 4, 5 нижньої чашки, що діють на вимикання трансформатора від мережі.[12] У комплект реле РГЧЗ-66 входять три пластини 7 різної площі, які кріплять до нижньої чашки. Кожна з цих пластин розрахована на певну швидкість руху оливи, тобто визначає уставку газового реле. Ці пластини відповідають таким швидкостям: 0,6; 0,9; 1,2 м/с.[12] Уставку 0,6 м/с застосовують для трансформаторів потужністю до 40 МВА з природною циркуляцією оливи, а також для трансформаторів з дуттям та природною циркуляцією (охолодження типу М та Д).[12] Швидкість спрацювання реле 0,1-0,2 с. Контакти реле розраховані на замикання та розмикання кола постійного та змінного струму до 0,2 А при напрузі 220 В. Ізоляція витримує напругу 2000 В при частоті 50 Гц одну хвилину.[10] 30 ВИСНОВКИ В курсовому проєкті було продовжено проєктування електричної мережі. До спроектованої підстанції з курсового проекту по дисципліні «Електричні станції та підстанції» додано розподільну мережу 10 кВ та обрано релейних захист для неї та для ПС 150 кВ. Для цього спочатку в першому розділі було виконано розрахунок струмів КЗ. Для їх розрахунку спочатку були знайдені та розраховані параметри ліній та трансформаторів. Для ТДН-16000/150 було проведено розрахунок реактивного опору з врахуванням можливості регулювання напруги за допомогою РПН. Цей розрахунок дозволив отримати струми КЗ при мінімальному та максимальному положенні РПН. Далі в другому розділі було проведено розрахунок ступінчастого струмового захисту лінії 10кВ, що включав в себе МСЗ, СВ та вимірювальний ТС. Для МСЗ після проведення розрахунків та вибору запобіжника для реле було побудовано часо-струмову характеристику (рисунок А.1) та проведено його перевірку чутливості. Для розрахунку струмової відсічки за відповідними формулами було проведено розрахунки та визначено струм спрацювання відсічки та занесено її на карту селективності(рисунок А.1). Для трансформатора струму було проведено дві перевірки: оскільки в даному випадку використовувалось мікропроцесорне реле, то друга перевірка не проводилась. В третьому розділі, оскільки ТДН-16000/150 за номінальною потужністю більше ніж 6,3 МВА то було використано повздовжній диференційний та газовий захист. Для диференційного захисту використаний диференційний струмовий захист з гальмуванням ДЗТ-11. Для нього визначено кількість витків та перевірено його чутливість. Для газового захисту було обрано газове реле типу ГРЧЗ-66 чашкового типу. Даний курсовий проєкт дозволяє доповнити наші навички з проєктування ПС та додати до них специфіку обрання та перевірки релейного захисту: розрахунків для певного типу реле, його перевірки, вибору запобіжників, трансформаторів струму і та вибору захисту для силових трансформаторів у відповідності до їх номінальної потужності. 31 ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ 1. Пристрої РЗА URL: http://myelectrical.com/notes/entryid/150/restricted-earth-faultprotection (Дата звернення 21.11.2023) 2. Експлуатація приладів релейного захисту, електровимірювальних приладів, пристроїв автоматики, телемеханіки та зв'язку URL: https://studfile.net/preview/ 9317518/page:2/ (Дата звернення 21.11.2023) 3. ААШв-10 3х35 ПАО «Завод"Южкабель» URL: https://ptk-veles.in.ua/aashv6/aashv-10-3h35/ 4. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/Ершевич В.В., Зейлигер А.Н., Илларионов Г.А. и др.; Под ред. Рокотяна С.С. и Шапиро И.М. – 3-е издание перераб., и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1985.-352с.) 5. СІП 3 10 кВ 1x35 URL: https://vostokpromnsab.com.ua/ua/p1475917409-sip1x35.html 6. Силові трансформатори «Елтехком» URL: https://eltexkom.com/tm-100-610-04transformator/ 7. ГОСТ 12965-85 Трансформатори силові масляні загального призначення класів напруги 110 та 150 кВ 8. Пристрій релейного захисту мікропроцесорний РЗЛ URL: https://relsis.ua/upload/ rzl-01_V13_ukr.pdf . 9. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей: Монография. /М.А.Шабад. СПб.: ПЭИПК, 2003.- 4-е изд., перераб. и доп.- 350 стр., ил. 10. Правила улаштування електроустановок. – Видання офіцфйне. Міненерговугілля України. – Х. : Видавництво «Форт», 2017. – 760с. 11. Струмова 10-ти відсоткова похибка URL: https://studref.com/539255/prochie/ pogreshiost 12. Кідиба В.П. Релейний захист електроенергетичних систем: Навчальний посібник. – Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2013. – 500 с. 32 ДОДАТОК А Рисунок А.1 – Карта селективності
