Защита от токов короткого замыкания

Защита трансформатора ТП1

Основными электрическими параметрами предохранителей для защиты трансформатора ТП1 являются: номинальное напряжение (U_ном), номинальный ток предохранителя (I_ном), номинальный ток плавкой вставки предохранителя (I_Вном), номинальный отключаемый ток (I_{ном.откл}).

Указанные основные параметры предохранителей типа ПКТ101-10 приведены в приложении З.

Выбираем корпус предохранителя согласно следующим соотношениям:

,                    

10000=10000

, 

16≥6,697                                                                                                  ,

20000≥521(А)

где I²_к2 – сверхпереходный ток трехфазного КЗ на шинах 10 кВ ТП1, кА; для сельских сетей апериодическая составляющая тока КЗ не учитывается, поэтому можно принять:

                                                   ,                                                 

где I_к2⁽³⁾ – расчетное значение тока трехфазного КЗ на шинах 10 кВ ТП1, кА.

(А)

Ток плавкой вставки предохранителя выбираем по двум условиям:

1)отстройке от тока нагрузки на шинах 10 кВ ТП1:

                                                   ,                                            

где k_н – коэффициент надежности; в курсовом проекте рекомендуется принимать равным 1,25;

(А)

2)отстройке от бросков тока намагничивания трансформатора при его включении под напряжение:

                                                      ,                                           

где I_{тр ном} – номинальный ток трансформатора, А.

.

Большее значение принимаем за расчетное значение тока плавкой вставки и округляем до ближайшего стандартного

.

Время срабатывания выбранной плавкой вставки должно обеспечивать термическую стойкость трансформатора:

                                                          ,                                               

где t_В – время перегорания плавкой вставки при трехфазном КЗ на шинах 0,4 кВ ТП1, с; определяется по защитной характеристике выбранной плавкой вставки (приложение К);

t_Т.У – время термической стойкости трансформатора, с; определяется по формуле [6]:

                                               ,                                  

где  - расчетный ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ ТП1 (точка К₅ на рисунке 7.1), А;

I_тр.ном - номинальный ток трансформатора ТП1, А.

А

Выбираем корпус выключателя по его номинальному напряжению (U_ном), номинальному току (I_ном) и предельно допустимому отключаемому току КЗ (I_{макс. отк}); А3714Б

Защита отходящих от ТП1 линий 0,38 кВ

Выбираем корпус выключателя по его номинальному напряжению (U_ном), номинальному току (I_ном) и предельно допустимому отключаемому току КЗ (I_{макс.откл}):

                                                ,                                      

660(380)≥380

                                                 ,

160≥49,239(А)                                         

                                                 ,      

36(кА)≥2,519(кА)                                 

где U_{ном.уст} – номинальное напряжение линии W1, В;

I_{раб.макс} – расчетный ток нагрузки линии W1, А;

I_к5⁽³⁾ – ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ ТП1, кА.

9.2.2.Выбираем номинальный ток полупроводникового расцепителя:

                                                   ,        

80≥49,23(А)

                                                   ,                  

где I_{н.р.потр} – номинальный ток расцепителя выключателя, защищающего потребитель, А; «I_н.р» берется на одну-две ступени больше. чем «I_{н.р.потр}»; в курсовом проекте защиту потребителя можно не учитывать.

Определяем ток срабатывания МТЗ (в зоне токов перегрузки) полупроводникового расцепителя выключателя:

                                                       ,

(А)

Проверяем чувствительность МТЗ:

                                                    ,                                       

где К_ч – коэффициент чувствительности;

I_к6⁽¹⁾ – ток однофазного КЗ в конце линии W1 (минимальный ток КЗ), А;(точка К₆ на рисунке 7.1).

Определяем ток срабатывания ТО (I_с.о) по условиям:

- отстройки от тока трехфазного КЗ (I_к6⁽³⁾) в конце линии W1

                                                         ;       

(кА)                              

- отстройки от пускового тока наибольшего по мощности электродвигателя одного из потребителей в линии W1

                                                       ,                                        

где К_н – коэффициент надежности; равен 1,5 для полупроводникового расцепителя и 1,25 для электромагнитного расцепителя;

I_пуск=7I_ном.дв – определяется для потребителя по приложению Е; при отсутствии данных о наличии электродвигателя расчет по не производится.

По наибольшему значению «I_с.о» определяем уставку тока срабатывания ТО полупроводникового расцепителя выбранного типа выключателя из приложения И:

                                                       .                                              

Если условие не может быть выполнено для полупроводникового расцепителя, то выбираем по приложению И уставку тока срабатывания электромагнитного расцепителя:

.

1600≥13775                                               

Проверяем чувствительность ТО:

где I_к5⁽²⁾ – ток двухфазного КЗ в месте установки выключателя (на шинах 0,4 кВ ТП1), кА.

Определяем ток срабатывания реле РЭ-571Т, включенного в нулевой провод линии W1:

(А)                              

Проверяем чувствительность защиты от токов однофазного КЗ

                                              .   

Защита линии W2. Выбираем автоматические выключатели токоограничивающие с тепловыми и электромагнитными расцепителями (А3716Б, А3726Б), основные характеристики которых приведены в приложении И.

Выбираем корпус выключателя по его номинальному напряжению (U_ном), номинальному току (I_ном) и предельно допустимому отключаемому току КЗ (I_{макс.откл}) А3726Б.

660(380)≥380

250≥70,95(А)

65,0≥2,519

Выбираем номинальный ток теплового расцепителя по условию 250≥70,95.

Определяем ток срабатывания теплового расцепителя выключателя, соответствующий его номинальному току, по приложению И.

Проверяем чувствительность МТЗ по формуле, аналогичной:

                                                   ,                                            

где I_с.т.р – ток срабатывания теплового расцепителя, (п.9.2.3), А;

I_к7⁽¹⁾ – ток однофазного КЗ в конце линии W2, А; (соответствует точке К₇ на рисунке 7.1).

Если условие не выполняется, то защита линии W2 от однофазных КЗ будет определяться только настройкой токового реле, включаемого в нулевой провод линии.

Определяем ток срабатывания ТО (I_с.о) применительно к линии W2.

(кА)

 Сравниваем наибольшее значение «I_с.о» и уставку тока срабатывания электромагнитного расцепителя (I_с.э.р) выключателя из приложения И. При правильном выборе должно соблюдаться соотношение.

2500≥1774

Проверяем чувствительность ТО:

                                                  .    

При К_ч‑<1,2 линия W2 будет защищаться от междуфазных КЗ одной МТЗ.                                     

Определяем ток срабатывания реле РЭ-571Т, включенного в нулевой провод линии W2.

(А)

Проверяем чувствительность защиты от токов однофазного КЗ

Защита линии W3. Выбираем выключатели нетокоограничивающие с тепловыми и электромагнитными расцепителями (АЕ2056М, АЕ2066), параметры которых приведены в приложении И.

660(38)≥380

100≥65,18 (А)

3,5(кА)≥2,519(кА)

Определяем ток срабатывания теплового расцепителя выключателя, соответствующий его номинальному току, по приложению И.

 100≥65,18(А)

Проверяем чувствительность МТЗ по формуле.

Определяем ток срабатывания ТО (I_с.о)) применительно к линии W3.

(кА)

Сравниваем наибольшее значение «I_с.о» и уставку тока срабатывания электромагнитного расцепителя (I_с.э.р) выключателя из приложения И. При правильном выборе должно соблюдаться соотношение.

Защита ВЛ 10 кВ    

Расчет МТЗ

.Определяем ток срабатывания защиты (I_с.з) по двум условиям:

- отстройки от расчетного тока нагрузки (I_{раб.макс}) головного участка (0-1) линии 10 кВ:

                                               ,                                    

где К_Н, К_З, К_В – коэффициенты надежности, самозапуска и возврата; для реле РТВ рекомендуется принимать К_Н=1,3; К_З=1,1; К_В=0,65.

- условию селективности с более удаленной от шин 10 кВ защитой ТП 10/0,38 кВ плавкими предохранителями:

                                                   ,                                       

где К_н.п=1,4 – коэффициент надежности срабатывания плавкого предохранителя;

I_В.С – ток плавкой вставки, определенный по её защитной характеристике (приложение К) при времени перегорания t=5 с, А; номинальный ток плавкой вставки можно принять по данным для самого мощного трансформатора 10/0,38 кВ ближайшего к шинам 10 кВ населенного пункта, подключенного к линии 10 кВ.

Большее значение I_с.з=161,5А принимается за расчетное.

Определяем ток срабатывания реле:

                                                  ,                                          

где К_сх=1 – коэффициент схемы соединения трансформаторов тока и реле (схема неполной звезды);

К_I – коэффициент трансформации трансформаторов тока (ТТ):

                                                ,                                       

где I_1н – первичный номинальный ток ТТ, А; выбирается из стандартного ряда значений: 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 75, 100, 150, 200, 300 и 400 А по условию:

                                                       .                                         

200А≥74,6А

Выбираем уставку тока для реле РТВ из ряда значений: 5; 6; 7,5; 10; 12,5; 15; 17,5; 20; 25; 30 и 35 А по условию:

                                                            .                                              

5А≥4,04А

Определяем уточненное значение тока срабатывания защиты:

                                                        .                                          

    Проверяем чувствительность защиты:

                                                   ,       

где I_к3⁽²⁾ – ток двухфазного КЗ в конце линии 10 кВ (минимальный ток КЗ), кА; (соответствует точке К₃ на рисунке 7.1).

Расчет ТО проводим следующим образом:

Выбираем ток срабатывания ТО по двум условиям:

- отстройке от максимального тока КЗ у подстанции ближайшего к шинам 10 кВ населенного пункта:

                                             ;                                

где I_к2⁽³⁾ – расчетный ток трехфазного КЗ для подстанции населенного пункта 1, кА; (соответствует точке К₂ на рисунке 7.1).

;

- отстройке от броска тока намагничивания трансформаторов 10/0,38 кВ, подключенных к линии, при их включении под напряжение:

                                               ,                                       

где U_{ном.уст}=10 кВ;

SS_тр.ном – сумма номинальных мощностей трансформаторов, питающихся от линии, кВА.

Большее значение принимается за расчетное.

Определяем ток срабатывания реле отсечки по формуле, аналогичной:

                                                   .                                       

Выбираем уставку тока для реле РТМ из ряда значений: 5; 7,5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 75; 100; 125 и 150 А по условию, аналогичному (9.34):

                                                       . 

I_у.о.=150≥150                                              

Определяем уточненное значение тока срабатывания ТО:

                                                    .                                         

Проверяем чувствительность защиты:

                                                   ,                                           

где I_к1⁽³⁾ – ток трехфазного КЗ в месте установки ТО на шинах 10 кВ (максимальный ток КЗ), кА; (соответствует точке К₁ на рисунке 7.1).

Согласование защит

Действие максимальных токовых защит должно быть согласовано по времени так, чтобы поврежденный элемент электропередачи отключался ближайшей к нему защитой.

Строим характеристику защиты линии W2, используя результаты расчета и характеристику времени срабатывания автоматического выключателя А3714Б из приложения К.

Характеристика времени срабатывания выключателя А3726Б.

                                                                                                           Таблица 10.1

I/Iн.р	1,25	2	3	4	5	6
I, А	Iс.п.р= 312,5	500	750	1000	1250	1500
t, с	1100	100	35	20	15	10
I/Iн.р	7	8	9	10	10	-
I, А	1750	2000	2250	2500	Iс.э.р=2500	=2519
t, с	7	5	5	3	3	3

Характеристика защиты трансформатора ТП1.

Значения токов плавкой вставки ПКТ101-10-16-20 У1пересчитываем на напряжение 0,38 кВ (I_нн). Результаты заносим в таблицу 10.2.

Защитная характеристика предохранителя ПКТ101-10-16-20У1 при номинальном токе плавкой вставки I_Вном=16 А .

                                                                                                          Таблица 10.2

I,А	30	40	50	60	70	80
t, с	6000	50	10	2,5	1	0,6
Iнн,А	750	1000	1250	1500	1750	2000
I, А	90	100	200	300
t, с	0,4	0,35	0,05	0,02	0,015
Iнн,А	2250	2500	5000	7500	8975

ПКТ101-10-20-20 У1.

Характеристику защиты линии 10 кВ,

1)для МТЗ: I_с.р=9,911 А; I_у=10 А; I¢_с.з=200 А; установка по времени в независимой части кривой – 2 с;

2)для ТО: I_с.р.о=39,075 А; I_уо=40 А; I¢_с.о=8000 А; I_к1⁽³⁾=11547 А.

Характеристика срабатывания защиты ВЛ 10 кВ с реле РТВ и РТМ

                                                                                                           Таблица 10.3

                                                                                 Продолжение таблицы 10.4

1,7	1,8	1,9	2	3	3,5	4	57,735
340	360	380	400	600	700	I¢со=800	=11547
2	2,0	2,0	2,0	2,0	2	0,1	0,1
8500	9000	9500	10000	15000	17500	20000	288675

защиты ВЛ 10 кВ с реле РТВ и РТМ

Рисунок 10.4- Карта согласования защит линии 0,38 кВ (W2),

трансформатора ТП1 и линии 10 кВ

Вывод: Автоматический выключатель, защищающий линию W2 нечувствителен к трехфазным коротким замыканиям, как при МТЗ, так и при МФТО. Линии W2 будет отключатся при трех фазных коротких замыкании неселективно предохранителем ПКТ101-10-16-20 У1, а в случае его отказа отключится фидер на ПС 10/0,4 кВ. МФТО – межфазная токовая отсечка