Электроснабжение промышленных предприятий

Трансформатор на ГПП

ТДНС – 10000/35

ВН = 35 кВ

НН = 10,5 кВ

Рхх = 12 кВт

Ркз = 60 кВт

Uн = 8 %

Iх = 0,75 %

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВЛ

 

 

 

 

 

КЛ

 

 

 

 

 

Суммарное сопротивление  до точки К1

 

 

 

 

 

Суммарное сопротивление  до точки К2

 

 

 

 

 

Суммарное сопротивление  до точки К3

 

 

 

 

 

Ток КЗ в расчетных точках

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем ударный ток  в точках К1, К2 и К3

 

Для точки К1  

 

 

К_уд = 1,02

 

Для точки К2  

 

 

К_уд = 1,08

 

Для точки К3  

 

 

К_уд = 1,01

 

Ударный ток в точках

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

 

НАЗНАЧЕНИЕ   РЕЛЕЙНОЙ   ЗАЩИТЫ   И   АВТОМАТИКИ

 

В процессе эксплуатации системы  электроснабжения возникают повреждения  отдельных ее элементов. Наиболее опасными и частыми видами повреждений  являются КЗ между фазами электрооборудования  и однофазные КЗ на землю в сетях  с большими токами замыкания на землю. В электрических машинах и трансформаторах наряду с междуфазными КЗ и замыканиями на землю имеют место витковые замыкания. Вследствие возникновения КЗ нарушается нормальная работа системы электроснабжения, что создает ущерб для промышленного предприятия.

При протекании тока КЗ элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и динамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента или сети.

Основные требования, предъявляемые  к релейной защите, следующие: надежное отключение всех видов повреждений, чувствительность защиты, избирательность (селективность) действия — отключение только поврежденных участков, простота схем, быстродействие, наличие сигнализации о повреждениях.

Однако одной релейной защиты бывает недостаточно для обеспечения  надежного и бесперебойного электроснабжения. Поэтому дополнительно предусматривают устройства автоматического включения резерва (УАВР) и устройства автоматического повторного включения (УАПВ). Первое устройство позволяет подключать резервный источник питания при выходе из строя основного источника. Второе устройство предназначено для повторного включения линий электропередачи, так как большинство повреждений после быстрого отключения линий релейной защитой самоустраняется.

 

ЗАЩИТА ЭЛЕМЕНТОВ  СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НА НАПРЯЖЕНИЕ ВЫШЕ 1 кВ

 

На напряжение выше 1 кВ предусматривается  релейная защита элементов системы  электроснабжения, если в качестве коммутационного аппарата используется выключатель или комплект короткозамыкатель — отделитель.

Защита воздушных и  кабельных линий в распределительных  сетях напряжением 6—35 кВ. Распределительные  сети промышленных предприятий на номинальное  напряжение 6—35 кВ имеют одностороннее  питание и выполняются с изолированной  нейтралью или нейтралью, заземленной  через дугогасительный реактор. Для таких сетей должны быть предусмотрены  устройства релейной защиты от междуфазных  замыканий и от однофазных замыканий  на землю. Наиболее распространенным видом защиты является максимальная токовая защита (МТЗ). От междуфазных замыканий такую защиту рекомендуют выполнять в двухфазном исполнении и включать ее в одни и те же фазы по всей сети данного напряжения с целью отключения в большинстве случаев двойных замыканий на землю только одного места повреждения. В зависимости от требований чувствительности защита может быть выполнена одно-, двух- или трехрелейной. Ток срабатывания МТЗ определяют по формуле

 

 

 

где — коэффициент запаса, учитывает погрешность реле, неточности расчета и принимается равным 1,1 —1,2; — коэффициент возврата токового реле, равный 0,8— 0,85; — коэффициент самозапуска (2,5 ÷ 3), учитывает возможность увеличения тока в защищаемой линии вследствие самозапуска электродвигателей при восстановлении напряжения после отключения КЗ; — максимальный ток в линии в нормальном режиме.

Ток срабатывания реле определяется из выражения

 

 

 

где — коэффициент трансформации трансформатора тока; — коэффициент схемы, зависит от способа соединения трансформаторов тока и имеет значения 1 — при соединении в полную и неполную звезду и — при включении реле на разность токов двух фаз.

Выбранная защита должна быть проверена по чувствительности, т. е.

 

К_ч=I_кmin/I_с.з,

 

где Iкmin — минимальный  ток КЗ в конце защищаемого  или резервируемого участка.

Чувствительность защиты считается достаточной, если при  КЗ в конце защищаемого участка  К_ч ≥ 1,5, а при КЗ в конце резервируемого участка К_ч ≥ 1,2.

Избирательность защиты обеспечивается выбором выдержки времени по условию

 

t₂=t₁+Δt

где t₂ — выдержка времени защиты, расположенной ближе к источнику питания по сравнению с защитой, имеющей меньшую выдержку времени t₁; Δt — ступень избирательности, в расчетах принимается равной 0,6 — 1 с для защит с ограниченно зависимой от тока КЗ характеристикой времени срабатывания и 0,3 — 0,6 с для защит с независимой характеристикой времени срабатывания.

Замыкание на землю одной  фазы в сетях с изолированной  нейтралью или нейтралью, заземленной через дугогасительный реактор, не является КЗ. Поэтому защиту выполняют действующей на сигнал и только когда это необходимо по требованиям безопасности, действующей на отключение. В сетях простой конфигурации допускается применение только общего устройства неизбирательной сигнализации, контролирующего состояние изоляции в системе данного напряжения. В протяженных сетях сложной конфигурации наряду с общим устройством контроля изоляции необходимо предусматривать избирательную защиту на каждом присоединении.

Обычно токовую защиту от замыкания на землю выполняют  с включением на фильтр токов нулевой  последовательности. Она приходит в  действие в результате прохождения  по поврежденному участку токов нулевой последовательности, обусловленных емкостью всей электрически связанной сети без учета емкости поврежденной линии. Ток срабатывания такой защиты выбирают по условию

 

I_с.з = 3К_отсК_брU_фwС_i,

 

где К_отс — коэффициент отстройки, принимают равным 1,1 — 1,2; К_бр — коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока (К_бр — 4÷5 для защиты без выдержки времени и 2 — 3 для защиты с выдержкой времени); U_ф — номинальное фазное напряжение сети; w = 2πf; f— частота сети; С_i — емкость неповрежденных линий.

Защита токопроводов. Релейная защита токопроводов зависит от их протяженности и конструкции, величины и характера нагрузки, способа  подключения.

Присоединение токопроводов к шинам 6, 10 кВ РУ или ГПП выполняют  без реагирования, поэтому при повреждении в начале токопровода в нем возникают большие токи КЗ и глубокие понижения напряжения у потребителей. Однако вследствие большой реактивности токопровода ток при повреждении в конце его может оказаться соизмеримым с током нагрузки. Поэтому к защите токопровода предъявляют повышенные требования в отношении чувствительности и избирательности.

При небольшой протяженности  токопроводов защиту выполняют в  виде избирательных токовых отсечек, отстроенных от токов КЗ за реакторами ответвлений токопровода, и максимальных токовых защит без пуска или с пуском по напряжению. Когда параметры токопровода не позволяют выполнить достаточно чувствительную токовую отсечку, применяют другие быстродействующие защиты (например, продольную дифференциальную). При параллельной работе токопроводов также применяют поперечные дифференциальные или максимальные направленные защиты.

Защита силовых трансформаторов. Устройства релейной защиты для силовых  трансформаторов предусматривают от следующих видов повреждений и ненормальных режимов работы: многофазных замыканий в обмотках и на выводах; однофазных замыканий на землю в обмотке и на выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью; витковых замыканий в обмотках; токов в обмотках, обусловленных внешними КЗ; токов в обмотках, обусловленных перегрузкой; понижения уровня масла; однофазных замыканий на землю в сетях 10 кВ с изолированной нейтралью, если трансформатор питает сеть, в которой отключение однофазных замыканий на землю необходимо по требованиям безопасности.

Виды защит трансформатора определяются его мощностью, назначением, режимом работы, местом установки, схемой включения.

Защиту трансформаторов  небольшой и средней мощности (не более 1000 кВ·А) от коротких замыканий в его обмотках, на выводах и в соединениях до выключателей выполняют в виде токовой отсечки без выдержки времени или токовой защиты со ступенчатой характеристикой выдержки времени. Защиту устанавливают со стороны источника питания, непосредственно у выключателя. В зону действия защиты при этом попадает как сам трансформатор, так и его соединения с выключателями.

Для трансформаторов мощностью 1000 кВ·А и более может быть предусмотрена  продольная дифференциальная защита.

Наряду с защитами, действующими при повреждениях в самом трансформаторе и его соединениях, предусматривают  резервные защиты от внешних КЗ. Они являются одновременно защитами шин, на которые работает трансформатор, если на этих шинах отсутствует собственная защита.

В качестве защит от внешних  КЗ применяют токовые защиты с  выдержкой времени с включением реле на полные токи фаз и на их симметричные составляющие. Эти защиты реагируют также на внутренние КЗ и могут использоваться даже как основные защиты трансформаторов.

Для понижающих трансформаторов  мощностью 400 кВ·А и более с высшим напряжением до 35 кВ и соединением обмоток звезда — звезда с заземленной нулевой точкой на стороне низшего напряжения предусматривают специальную защиту от однофазных КЗ на землю на стороне низшего напряжения, если защита от внешних КЗ не реагирует на эти повреждения. Такая защита обязательна для блоков трансформатор — магистраль низшего напряжения, но может не применяться на подстанциях с распределительными щитами, если они находятся от трансформатора не далее 30 м и соединение между трансформатором и щитом выполнено кабелем. В этом случае однофазное КЗ обязательно переходит в междуфазное, а отключение междуфазного КЗ осуществляется защитой трансформатора.

Обязательным видом защиты всех масляных трансформаторов мощностью 6300 кВ·А и более является газовая  защита. Она также предусматривается  для масляных трансформаторов мощностью 630 кВ·А и более, установленных на внутрицеховых подстанциях.

Защита синхронных генераторов  и синхронных компенсаторов. Системы  электроснабжения энергоемких предприятий и предприятий высокой категории надежности кроме внешних источников питания, как правило, содержат собственные источники активной мощности в виде синхронных генераторов ТЭЦ. В качестве источников реактивной мощности иногда применяют синхронные компенсаторы (СК). Для защиты генераторов напряжением выше 1 кВ и мощностью более 1 МВт, работающих непосредственно на сборные шины генераторного напряжения, и синхронных компенсаторов должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от следующих видов повреждений и нарушений нормального режима работы: многофазных замыканий в обмотке статора и на его выводах; однофазных замыканий на землю в обмотке статора; двойных замыканий на землю, одно из которых возникло в обмотке статора, а второе — во внешней сети; замыканий между витками одной фазы в обмотке статора (при наличии выведенных параллельных ветвей обмотки); внешних КЗ; симметричной перегрузки обмотки статора; перегрузки токами обратной последовательности (для генераторов мощностью более 30 МВт); перегрузки обмотки ротора токами возбуждения; замыкания на землю во второй точке цепи возбуждения; асинхронного режима с потерей возбуждения.

 

ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ.

 

При выборе уставок тока срабатывания автоматических выключателей необходимо учитывать различия в характеристиках и погрешности в работе расцепителей выключателей. Существуют следующие требования к выбору автоматических выключателей:

номинальное напряжение выключателя  не должно быть ниже напряжения сети;

отключающая способность  должна быть рассчитана на максимальные токи КЗ, проходящие по защищаемому элементу;

номинальный ток расцепителя  должен быть не меньше наибольшего  расчетного тока нагрузки, длительно протекающего по защищаемому элементу:

 

I_{ном.рас} ≥ I_р.max ;

автоматический выключатель  не должен отключаться в нормальном режиме работы защищаемого элемента, поэтому ток уставки замедленного срабатывания регулируемых расцепителей следует выбирать по условию

 

I_{ном.рас} ≥ (1,1÷1,3)I_р.max

 

при допустимых кратковременных  перегрузках защищаемого элемента автоматический выключатель не должен срабатывать; это достигается выбором  уставки мгновенного срабатывания электромагнитного расцепителя по условию

 

I_{ном.рас.э} ≥ (1,25÷1,35)i_п

 

где in определяется так же, как и при выборе предохранителей.

Для обеспечения избирательного действия последовательно установленных  автоматических выключателей их защитные характеристики на карте селективности не должны пересекаться, причем уставки тока расцепителей замедленного и мгновенного действия у выключателя, расположенного ближе к источнику питания, должны быть больше в 1,5 раза, чем у более удаленного выключателя.

При совместной работе автоматических выключателей, принадлежащих к одной  серии, избирательность их действия в результате погрешностей в работе и одинаковых защитных характеристик не обеспечивается. В этом случае применяют выключатели, принадлежащие к разным сериям или выключатели с избирательными расцепителями.

Расцепители выключателей с  уставками, выбранными по условию избирательности, должны удовлетворять требованиям  чувствительности, которые сводятся к следующему: минимальный ток КЗ (обычно рассматривают однофазное КЗ) в самой удаленной точке защищаемой линии должен быть больше номинального тока расцепителя замедленного срабатывания не менее чем в 3 раза, а для выключателей, имеющих только расцепители мгновенного срабатывания, минимальный ток КЗ в самой удаленной точке линии должен превышать ток уставки мгновенного срабатывания не менее чем в 1,4 раза для выключателей с номинальным током до 100 Аив 1,25 раза для всех других выключателей.