Пример расчета токовых защит линий 6-10кВ

Защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ)

«Сириус-2Л».

В устройстве предусмотрено две защиты от замыканий на землю:

- защита, реагирующая на высшие гармонии в токе замыкания на землю;

- защита, реагирующая на ток первой гармонии – 50 Гц при замыкании на землю.

Вид защиты может быть выбран уставкой.

Функциональная логическая схема защиты от ОЗЗ приведена на рис.6

Рис. 6 Фрагмент функциональной логической схемы защиты от ОЗЗ

Для защиты, реагирующей на высшие гармонии, определяется сумма токов гармонии 3-ей, 5-ой и 7-ой. Данные частоты выделяются цифровым фильтром, при этом происходит полное подавление сигнала основной частоты 50 Гц.

Для защиты, реагирующей на ток первой гармоники с помощью цифрового фильтра выделяется ток основной частоты 50 Гц.

Защиты от ОЗЗ обеих каналов объединяются по схеме «ИЛИ» и имеют одноступенчатую характеристику времени действия с общей выдержкой времени для двух защит (рис.1.4).

Защита от ОЗЗ может выполняться с действием на отключение или на сигнал в зависимости от уставки.

Вид защиты также может быть выбран уставкой. Допускается одновременная работа обоих видов защит

Задача 1.1

Разработать защиту от всех видов повреждений для кабельных линий W1 иW2(рис.1)

Данные для расчета.

Номинальное напряжение линий U_ном=U_нн=6,3кВ

Величина тока трехфазного КЗ в точке К1 – 19,6кА

Длина линии W1 – 3,6 км

Нагрузка п\ст1 (без линии W1) I_нагр1= 500А

Коэффициент самозапуска К_сзп1= 2,3

Максимальное время действия защиты п\ст1(без линииW2)t_с.з.max1=1с

Длина линии W2 = 4,2км

Нагрузка п\ст2 I_нагр2= 400А

Коэффициент самозапуска К_сзп1= 1.8

Максимальное время действия защиты п\ст2 t_с.з.max2= 0,5c

Коэффициент трансформации трансформаторов тока К_I=600/5.

Решени е

1. Рассчитаем токи КЗ для начального момента времени (t=0)при повреждении в начале, середине и конце линии.

Схема замещения для расчета токов КЗ приведена на рис.7

Эквивалентное сопротивление станции Х_ст определим по выражению:

Х_ст= = =0,186 Ом

Удельное сопротивлении кабельных линий примем

Х_уд=0,1 Ом/км. Тогда сопротивление линий W1иW2 будут равны:

Х_w1=X_уд·l_w1=0.1·3.6=0,36 Ом

X_w2=X_уд·l_w2=0,1·4,2=0,42 Oм

Токи КЗ в расчетных токах будут равны:

I_K1⁽³⁾=19,6кА

I_K2⁽³⁾= = =9,95кА

I_K3⁽³⁾= = =4,82кА

I_K4⁽³⁾= = =3,77кА

По расчетным токам КЗ на рис.8 построена кривая I_K⁽³⁾=f(l_K).

2. Выберем места установки и типы защит.

В соответствии с ПУЭ [1] на линиях напряжением 6-10кВ должны быть предусмотрены устройства релейной защиты от многофазных КЗ и от однофазных замыканий на землю.

Для защиты и управления выключателем линий выберем микропроцессорные устройства «Сириус-2Л» фирмы Радиус-Автоматика.

В качестве защиты от междуфазных КЗ используем двухступенчатую токовую защиту с независимой характеристикой времени действия.(токовую отсечку МТЗ-1 и максимальную токовую защиту МТЗ-2)Схема подключения терминала и логическая схема токовых защит приведены на рис. 2 и 3.

Нейтраль сети изолирована(рис.1), поэтому для защиты от однофазных замыканий на землю используем защиту, реагирующую на ток первой гармоники – 50Гц в токе нулевой последовательности при замыкании на землю. Защита подключается к кабельному мотору тока нулевой последовательности типа ТЗЛ. Логическая защита приведена на рис.6.

В радиальных сетях с односторонним питанием защиты устанавливаются на каждой линии со стороны питания. На рис.8 приведена схема участка сети, состоящая из двух линий W1 иW2, на которых установлены защиты 1 и 2.

3. Расчет токовых отсечек без выдержки времени

Токовая отсечка 1 линии W1

Ток срабатывания отсечки выбирается по условию отстройки от максимального типа КЗ при повреждении в конце защищаемой линии(точка КЗ, рис.)

I_c.з1^ɪ= = =61,2A,

где коэффициент схемы К_сх=1(схема неполной звезды)

Зона действия токовой отсечки определена графически(рис.)

По кривой I_k=f(l_k).На чертеже нанесена прямая I_с.з^ɪ точка пересечения которой с кривой I_k=f(l_k) определяет длину зоны отсечки. Как видно из рисунка зона отсечки составляет 80% защищаемой линии.

Для лучшей отстройки отсечки от переходных процессов в цифровых реле рекомендуется введение небольшой выдержки времени порядка 0,1с.

Уставки МТЗ-1 защиты 1: I_с.р^ɪ=

t_с.з^ɪ=0,1c

Токовая отсечка 2 линииW2

Ток срабатывания отсечки отстраивается от тока КЗ в конце линии

I_с.з2=К_отс·I_k5⁽³⁾= 1,1·3,77= 4,15кА

Ток срабатывания реле

I_c.р^ɪ= = =34,6

Зона действия отсечки (рис.8) составляет 68% защищаемлинии.

Время действия отсечки 2 принимаем равным 0,1с.

4. Расчет максимальных токовых защит МТЗ защиты 2 линии W2

Ток срабатывания второй ступени (МТЗ-2) выбирается по условию отстройки от максимального тока нагрузки с учетом перегрузки и самозапуска двигателей

I_с.з2^ɪɪ= = =880А,

где коэффициент отстройки принят равным К_отс=1,1.

Коэффициент возврата 0,9, для цифровых защит коэффициент самозапуска – 1,8(из задания)

Ток срабатывания реле (уставка МТЗ) защиты 2

I_c.р2^ɪɪ= = =7,3A

Чувствительность МТЗ при КЗ в конце своей линии

К_ч^осн= = =3,7˃1,5

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

Выдержка времени МТЗ должна быть на ступень селективности Δtбольше, чем максимальное время защит присоединенной п/ст 2

t_c.з2^II=t_с.з.max2+Δt=0,5+0,3=0,8c,

где ступень селективности по времени принята равной 0,3с.

Уставки МТЗ-2 защиты 2:

I_с.р^II=7,3A; t_с.з^II=0,8с.

МТЗ защита линии W1

Через защиту 1 будет протекать ток нагрузки п/ст 1(коэффициент самозапуска К_СЗП1=2,3) и ток нагрузки по линии W2I_нагр2 (К_СЗП=1,8), поэтому ток срабатывания второй ступени (МТЗ-2) защиты 1 будет равен:

I_с.з1^II=

Ток срабатывания реле(уставка МТЗ-2) защиты 1

I_с.р.1^II=

Чувствительность МТЗ при КЗ в конце своей линии (зона основного действия)

К_ч^осн=

Защита удовлетворяет требованиям чувствительности.

Выдержка времени МТЗ-2 выбирается по двум условиям:

· Отстраивается от максимального времени защит присоединении п/ст 1;

· От времени действия МТЗ защиты 2 линииW2

t_с.з.1^II=

Из двух условий выбираем большее время

t_с.з.1^II=1,3c

Уставки МТЗ-2 защиты 1:

I_с.р.^II=19,05A; t_с.з^II=1,3c.

5. Построение характеристик времени действия защит 1 и 2 приведено на рис 8.

Как показали расчеты отсечки(I ступени) имеют значительные зоны действия. Время действия отсечек t_с.з1^I=t_с.з2^I=0,1c.

Максимальной токовой защитой (II ступени) защищают концы линий и осуществляют дальнее резервирование. Выдержки времени МТЗ t_с.з1^II=1,3c.; t_с.з2^II=0,8с.

Задача 1.2

Предыдущий пример рассчитан для кабельной сети с довольно длинными линиями, в результате зоны действия отсечки получились большими.

Рассчитаем отсечки для тех же исходных данных, что и в задаче 1.1, но длины линий выберем значительно меньше:

Длина линииW1 – 1,6км;

Длина линии W2 –0,8км.

Решение

1. Рассчитаем токи КЗ для начального момента времени (t=0) при повреждении в начале, середине и конце каждой линии.

Эквивалентное сопротивлении станции

Х_ст=0,186Ом.

Сопротивления линий

X_W1=X_уд·l_W1=0,1·1,6Ом;

X_W2=X_уд·l_W2=0,1·0,8=0,08Ом.

Токи КЗ в расчетных точках

I_K2⁽³⁾=

I_K3⁽³⁾=

I_K4⁽³⁾=

I_K5⁽³⁾=

По расчетным токам КЗ на рис9. Построена кривая I_К⁽³⁾=f(l_K)

3. Рассчитаем токовые отсечки без выдержки времени для электромеханических защит(РТ-40)

Ток срабатывания отсечки 1 линииW1

I_с.з.1^I=K_отс·I_К3⁽³⁾=1,3·10,5=13,65кА,

где коэффициент отстройки для электромеханических защит принят равным 1,3.

Ток срабатывания отсечки 2 линии W2

I_с.з.2^I=K_отс·I_K5⁽³⁾=1,3·8,55=11,1кА

На рис.9 показаны токи срабатывания отсечек I_с.з.1^I и I_с.з.2^I. Как видно из чертежа, отсечка защит 1 имеет зону срабатывания, составляющую примерно 50% защищаемой линии. У отсечки 2 ток срабатывания получается больше, чем ток КЗ, протекающий по линии, поэтому отсечка 2 не имеет зоны действия и не может использоваться для защиты линии. Защита 2 будет состоять только из максимальной токовой защиты МТЗ-2.

Дата добавления: 2015-05-08