Приклади розрахунків релейного захисту - Індукційні реле струму
Нижче розглянуто методику розрахунку на трьох конкретних прикладах.
Приклад 1. Захист розподільчої лінії. Електропостачання міського мікрорайону здійснюється за розподільчою лінією U = 10 кВ, до якої можуть бути підключені до шести однотрансформаторних підстанцій (рис.16). Трансформатор ТМ-400/10. 5Н0М = 400 кВ-А, UB/UHH= 10/04 кВ, Iном=23,1 А, схема з'єднання Y/Y, ік = 4,5%. Трансформатори захищені запобіжниками ПКТ, номінальний струм плавкою вставки Iпном = 50 А. Уставка за часом подальшого захисту 1 с. Обладнання осередку: трансформатори струму ТПЛ-10, Kj-200/5, два реле типу РТ-85/1 підключені до осердя класу Р за схемою неповна зірка (рис. 17). Привід ПП-67 має два вбудовані реле РТМ-1 (уставки 5-10 А). Струм трифазного КЗ на шинах РП Iктах = 6000 А. Струм двофазного КЗ в кінці лінії Iктiт = 3500 А. Струм трифазного КЗ на шинах 0,4 кВ I'ктах = 513 А* Струм Двофазного КЗ на шинах ОД кВ4кт. Потрібно розрахувати уставки релейного захисту та перевірити придатність трансформаторів струму. Для виконання вимог 4 і 5.1 струм спрацьовування захисту Iс е визначається за формулою
де кОТС - коефіцієнт відбудови, що враховує похибку роботи реле та необхідний запас; для реле серії РТ-80 приймається котс = 1,2. Для навантаження побутових споживачів приймається на досвід експлуатації кзап = 1,2. До формули входить коефіцієнт повернення до & оскільки струм повернення реле повинен бути відбудований від максимального навантаження, інакше реле, спрацювавши при КЗ в суміжній зоні, після ліквідації КЗ основним захистом пошкодженої ділянки може не повернутися і викликати зайве відключення. Для реле серії РТ-80 приймається кв = 0,8.
Визначаємо максимальний струм навантаження, виходячи з можливості 100% завантаження всіх трансформаторів:
Мал. 18. Карта селективності: 1 - характеристика запобіжника ПКТ-10/50; 2 - характеристика реле
Для виконання вимоги 2 необхідно, щоб при всіх струмах, що перевищують 1п нои, час дії захисту перевищував час плавлення вставки. Якщо одному малюнку зобразити характеристики реле, наведені до первинного струму, і вставки запобіжника, то характеристика реле має бути розташована вище (рис. 18). Такий малюнок називається картою селективності. Прийнявши ступінь селективності, що дорівнює 0,5 с, встановлюємо, що для забезпечення селективності з подальшим захистом аналізований нами захист повинен мати час у незалежній частині характеристики (н ч = 1 - 0,5 = 0,5 с. За характеристикою реле визначаємо , Що при струмі спрацьовування його час складе 6 с. Виходячи з цього надходимо наступним чином. Перебудовуємо ділянку характеристики вставки 3/п ном "Г201Г] номв рівномірну шкалу. абсцис визначаємо струм, при якому вставка перегорить за 6 с. Помноживши цей струм на 1,4, отримаємо струм спрацьовування захисту.
Цей струм задовольняє і попередню вимогу. Коефіцієнт 1,4 враховує час гасіння дуги в запобіжнику, розкид характеристики по струму до 20% та ін. Завдаючи інші точки характеристики реле, переконуємося, що селективність забезпечується при всіх струмах. Далі на карту селективності наносимо параметрів подальшого захисту. Потім, визначаємо спрацьовування репе: де ксх - коефіцієнт схеми, рівний 1 для дворелейної схеми неповна зірка. Отримуємо За шкалою уставокреле типу РТ-85/1 вибираємо найближчу у бік збільшення уставку, рівну 7 А. Остаточно визначаємо струм спрацьовування захисту:
Iсз = 7 (200/5) = 280 А.
Перевіримо чутливість захисту: Перевіримо чутливість захисту як резервну. Необхідно переконатися, що захист чутливий щонайменше до струму двофазного КЗ на шинах 0,4 кВ Ми переконалися, що захист відповідає всім вищенаведеним вимогам. Прийняті уставки: 1 = 280 А, уставка за шкалою реле 7 А, час незалежної частини характеристики 0,5 з. Нагадаємо, що наводячи уставки захисту, час слід вказувати в незалежній частині характеристики, а не при струмі спрацьовування. Слід зазначити недолік цієї методики розрахунку. Він у тому, що з побудові карти селективності не враховано навантаження приєднання. Така селективність є неповною. Однак, якщо врахувати вплив навантаження, це призведе до загрублення захисту. Так, у нашому прикладі струм спрацьовування захисту складе 252 + 139 = 391 А, а її чутливість як резервна кч = 1,13, тобто дальнє резервування не буде забезпечено. Тому дати якусь загальну рекомендацію щодо обліку впливу навантаження неможливо. Слід орієнтуватися на конкретні умови. Як ми вже знаємо, реле серії РТ-80 дозволяє виконати перший ступінь захисту у вигляді струмового відсікання без витримки часу. Токове відсічення доцільно або навіть необхідно використовувати в ряді випадків: 1) для захисту головної ділянки розподільчої лінії (від шин РП до першого ТП), якщо опір цієї ділянки настільки великий, що забезпечується достатня відмінність між струмами КЗ на початку і кінці ; 2) якщо наступний захист має витримку 0,5 с і менше; якщо витримка 0,5 с неприпустима за умовоютермічної стійкості проводів та кабелів; якщо від тих самих шин живляться великі синхронні двигуни, що вимагають за умови їхньої стійкості миттєвого відключення КЗ. Зайва дія струмового відсічення повинна бути виправлена автоматичним повторним увімкненням. Час спрацьовування струмового відсікання реле серії РТ-80 становить близько 0,03 с, власний час роботи вимикача – близько 0,1 с. Повний час відключення t відкл = 0,03 + 0,01 = 0,13 с. Якщо за цей час вставка встигне перегоріти, то гасіння дуги в запобіжнику відбудеться без павузи без струму і АПВ буде успішним. В іншому випадку вимикач включиться на неусунене КЗ, АПВ буде неуспішним, а відключення неселективним.
Приклад 2. Розглянемо варіант виконання неселективного струмового відсічення зі вставкою запобіжника на 50 А. Струм спрацьовування відсічкиIс 3 0 відбудовується від струму трифазного КЗ на висновках 0,4 кВ найбільш потужного трансформатора I^max" Коефіцієнт відбудови враховує значний розкид відсічки і наявність аперіодичної складової струму і приймається рівним 1,5. 2> *"*цом, тр ном, тр = Jin У нашому прикладі Z 1Н0М_ тр = 139 А. Отримуємо Iс> 3> 0 > 5 • 139 = 695 А 1,5. Переходимо до розрахункової перевірки трансформаторів струму (варіант без струмового відсічення). 1. Перевірка трансформаторів струму на 10%-ву похибку ведеться для струму 5Iс 3= 5 * 280 = 1400 А. Розрахунковий струм приймається з деяким запасом 1расч = 1,1-1400 = 1540 А. Тепер визначимо навантаження трансформаторів струму ZHr Вона складається з опорів реле Z з'єднувальних проводів Z таперехідного опору контактів ZK. Її значення залежить від схеми з'єднання струмових ланцюгів, виду КЗ. Для схем з'єднання неповна зірка при двофазному КЗ значення навантаження найбільше: ZHr = 2Znp + ZK-fZp. (14) Якщо реле знаходиться в осередку розподільчого пристрою, опір з'єднувальних проводів незначно, і його разом з перехідним опором контактів можна прийняти 0,1 Ом. Опір реле визначається за відомим споживанням ?р (В * А) та уставці 1С (А):W'c2lP ; тоді Zp= 10/7Z= 0,2 Ом ; ZHr = ОД + 0,2 - 0,3 Ом. На рис. 19 представлені криві залежності кратності струму до номінального кщ від опору навантаження ZHr при 10% похибки. Криві збудовані для трансформаторів струму типу ТПЛ-10. Кожному значенню ZHf відповідає кратність Iг10, коли похибка трансформатора струму I = 10%. За кривою I визначаємо, що для ZHr = 0,3 Ом, до 10 доп = 18. Це допустима кратність струму. Розрахункова кратність *Р= IРозч/'т= 1540/200 = 7,7 к , отже, трансформатор струму задовольняє умову 10% похибки. 2. Визначення похибки трансформатора струму за максимального струму КЗ. Максимальна кратність 29
Розрахунок похибки трансформаторів струму при максимальному струмі КЗ виконати за попередньою методикою важко. Для кожного типуреле та захисту існує своя допустима похибка трансформатора струму, і тому знадобилася б побудова сімейства кривих, аналогічних рис. 19. Набагато зручніше користуватися кривою рис. 20, за якою визначається фактична похибка трансформатора струму в залежності від узагальненої величини А. Залежність, єдина для трансформаторів струму всіх типів, побудована розрахунковим та експериментальним шляхом для умов роботи трансформаторів струму в режимі глибокого насичення. Як видно з формули (16), похибка таким шляхом визначається для даного навантаження при максимальному струмі КЗ. По кривій визначаємо: при А = 1,58 I = 39% * дог, то похибка після дешунтування перевищить 10%. Тому необхідно визначити фактичну похибку і переконатися, що при ^к^щ струм, обчислений з її обліком, буде більшим, ніж струм повернення. Недотримання цієї умови призведе до "стрибання" реле. Для забезпечення більшої надійності похибка визначається при кратності к'тах = 1,5 барв. Тоді к'тах = 1,5-7,7 = 11,55; кдОП = 4; А = 11,55/4 = = 2,9; / = 54%. Визначимо струм повернення електромагнітного елемента реле (первинний) 'в=*в*с,е де кв - коефіцієнт повернення якоря реле, що приймається 0,4 (не слід плутати його з коефіцієнтом повернення індукційного елемента) . Отримаємо 1В= 0,4 -280 = 112 А. Чутливість захисту Низький коефіцієнт повернення якоря сприяє його утриманню при зниженні вторинного струму. Для перевірки надійної роботи електромагніта відключення похибка трансформатора струму розглядається при іншому значенні розрахункового струму, а саме
