Структура общего задания по релейной защите и автоматике для дипломного проектирования

В ходе дипломного проектирования (раздел «Релейная защита и автоматика системы электроснабжения» отсутствует в дипломной работе) студенты должны рассчитать один из разделов дипломного проекта – «Релейная защита и автоматика системы электроснабжения». Релейная защита – один из важных элементов системы электроснабжения, обеспечивающий надежную защиту и автоматизацию всех протекающих в этой системе нормальных режимов работы.

Для решения различных задач по релейной защите необходимы знания не только основ релейной защиты, но и теоретических основ электротехники, электрических машин, переходных процессов.

Структура общего задания по релейной защите и автоматике для дипломного проектирования включает в себя выполнение следующих пунктов:

1. Расчет защитных характеристик вводного, секционного автоматов и автомата наиболее нагруженной отходящей линии подстанции 6–10/0,4 кВ, которая питает подробно проектируемый цех или группу цехов.

2. Выбор плавкой вставки предохранителя, установленного на указанной подстанции.

3. Расчет двухступенчатой защиты от коротких замыканий (к. з.) и перегрузки (на полупроводниковых реле тока серии РСТ-80), защи-ты от замыканий на землю (на высокочувствительных реле тока РТЗ-51 и трансформаторах тока нулевой последовательности (ТТНП)) ка-бельной линии, питающей заданную подстанцию.

4. Расчет защит самого мощного высоковольтного электродви-гателя (синхронного или асинхронного) напряжением 6–10 кВ с при-менением индукционных или полупроводниковых реле тока, реле на-пряжения и других вспомогательных реле. В случае отсутствия высоковольтных электроприемников расчет не проводится.

5. Расчет дифференциальной защиты трансформатора главной понизительной подстанции (ГПП) или подстанции глубокого ввода (ПГВ) на полупроводниковых реле РСТ-15. В случае отсутствия ГПП или ПГВ данный расчет не проводится.

6. Расчет двух- или трехступенчатой защиты воздушной линии, питающей центральный распределительный пункт предприятия или района в сетях напряжением 6–10 кВ и выше. В случае отсутствия центрального распределительного пункта данный расчет не проводится.

7. Расчет устройств автоматики (противоаварийной автоматики, устройств неселективной сигнализации, автоматического включения резерва (АВР), автоматического повторного включения (АПВ)
и т. д.) – по индивидуальному заданию преподавателя.

Для каждого из представленных пунктов необходимо дать описание работы защиты.

В качестве графической части для данного раздела нужно представить на листе формата А1 общую схему электроснабжения с указанием мест установки защит, трансформаторов тока и напряжения, все необходимые схемы измерительных и оперативных цепей защит (множество примеров можно найти в [18–20]), карту селективности защитных характеристик автоматов, высоковольтного предохранителя и защиты кабельной (или воздушной) линии. Необходимо также изобразить график изменения величины тока к. з. вдоль кабельной линии (или воздушной) линии.

Ниже излагаются основные принципы расчета пунктов раздела дипломного проекта «Релейная защита и автоматика системы электроснабжения».

4.2. Расчет защитных характеристик
автоматических выключателей

Последовательность расчета защитных характеристик автоматических выключателей (автоматов): сначала рассчитывается защитная характеристика автомата наиболее загруженной отходящей линии от шин 0,4 кВ, затем защитная характеристика секционного автомата и, в конечном счете, защитная характеристика вводного автоматического выключателя.

Расчёт защитной характеристики автоматического выключателя (автомата) осуществляется в следующем порядке.

1. Определяются с типом того или иного автоматического выключателя и его соответствующей серией (например, автоматы серий ВА, А, АЕ, «Электрон» и т. д.) [20].

2. По справочным данным, например по [20], находят диапазон их стандартных характеристик и по ним определяют количество ступеней защиты (две или три).

3. Находят номинальный ток расцепителя автомата по выражению, А:

I _рц.ном = К _зап · I _раб.max,

где К _зап – коэффициент запаса, принимаемый для автоматов серий А, ВА равным 1,1; для автоматов серии «Электрон» – 1,6; I _раб.max – рабочий максимальный ток линии (присоединения), которая защищается данным автоматом, А.

В частности, для вводного автомата ток I _раб.max определяется выражением:

,

где К _З – коэффициент загрузки трансформатора; S _ном.тр – номинальная мощность трансформатора; U _НН – напряжение на низкой стороне трансформатора.

Максимальный рабочий ток секционного автомата принимается равным рабочему току одной из наиболее загруженных секций, в от-личие от вводного автомата, для которого ток рабочий максимальный фактически равен току двух секций распределительного устройства 0,4 кВ. Для автомата наиболее загруженной отходящей линии (самого мощного присоединения) максимальный рабочий ток равен расчетному току этого присоединения.

По расчетному току расцепителя выбирают ток расцепителя из стандартного ряда, установленного для автомата данной серии [20].

Кроме того, если получится так, что стандартный ток расцепителя заметно больше или меньше расчетного, то необходимо использовать регуляторы номинального значения тока расцепителя. Например, в автоматах серии «Электрон» регулятор позволяет установить значения 0,8; 1,0; 1,25 от стандартного значения номинального тока расцепителя.

4. Производят расчет третьей ступени защитной характеристики автомата – максимальной токовой защиты (МТЗ), предназначенной для защиты от перегрузки.

Ток срабатывания третьей ступени защиты автомата рассчитывается с 25%-ным запасом по отношению к току расцепителя, А:

.

Время срабатывания третьей ступени защиты автоматов выбирается из ряда:

с,

причем меньшие значения выбираются для автоматов, защищающих отходящие линии, и большие – для вводных автоматов.

5. Производят расчет второй ступени защитной характеристики автомата – токовой отсечки с выдержкой времени (ТОВ).

Предварительно определяют ток допустимой перегрузки данного присоединения [18, 20]. Например, для вводного автомата сначала рассчитывается номинальный ток трансформатора, затем ток допустимой перегрузки, А:

;

.

Ток срабатывания второй ступени защиты находится по выражению, А:

.

Стандартный ток срабатывания второй ступени защиты автомата согласно диапазону настройки определяется выражением, А:

,

где K – кратность настройки, которая выбирается из ряда, установленного для определенной серии автоматов [20]. Например, для автоматов серии «Электрон» это значения 3; 5; 7; 10.

Время срабатывания второй ступени защиты автомата выбирается по тому же принципу, что и время срабатывания МТЗ. Стандартные значения времен срабатывания в данном случае определяются паспортными данными и характеристиками автоматов [20]. Например, для автомата серии «Электрон» время срабатывания второй ступени защиты выбирается из ряда с.

6. Производят расчет первой ступени – токовой отсечки (ТО).

Ток срабатывания первой ступени не регулируется. В общем случае он определяется кратностью по отношению к номинальному току расцепителя или к току срабатывания защиты второй ступени, а также отключающей способностью автомата.

Например, расцепитель автомата серии «Электрон» срабатывает без выдержки времени при токе, А:

.

Ток срабатывания ТО для автомата серии ВА определяется отключающей способностью автомата, которая определяется по справочным данным, например по [20].

7. Полученные параметры ступеней защитных характеристик автоматов отображают на карте селективности, причем левее всех должна находиться защитная характеристика автомата наиболее загруженной отходящей линии и не должна пересекаться с остальными. При построении второй ступени защиты учитывают, что точка перегиба защитной характеристики автомата определяется временем срабатывания и шестью токами расцепителя 6· I _рц.ном, а также током срабатывания этой ступени , построенной в рамках логарифмической шкалы как по току, так и по времени (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Пример карты селективности:

1, 2, 3 – соответственно защитные характеристики автомата наиболее загруженной отходящей линии, секционного и вводного автоматов; 4 – характеристика высоковольтного предохранителя; 5 – характеристика двухступенчатой защиты высоковольтной кабельной линии