Контрольна по электроэнергетике

Контрольная работа № 1.

Задача №1

 

Рассчитать параметры  срабатывания максимальной токовой  защиты. МТЗ 1 с ограничено-зависимой  характеристикой выдержки времени. Защита установлена на линии W1 (рис. 1.1). Определить чувствительность защиты. Исходные данные для расчета приведены ниже.

 

Рис. 1.1  Схема участка  сети.

На выключателе Q2 линии 2 установлена МТЗ 2 также с ограниченно-зависимой характеристикой выдержки времени. Параметры срабатывания МТЗ 2 указаны в табл. 1.1

Таблица 1.1

№ варианта	Ток срабатывания защиты Iс.з.2 , А.	Уставка по времени t2 , С
9	270	1,4

 

МТЗ 1 и МТЗ 2 строятся на реле максимального тока, характеристики, 1 и 2 которых с уставками по времени соответственно 0,5 с и 1 с приведены на рис. 1.2. По оси абсцисс отложена кратность тока , где - ток в обмотке реле;   - уставка по току. По оси ординат отложено время срабатывания реле в секундах.

 

Рис. 1.2  Характеристики реле

 

 

Максимальный рабочий  ток линии W 1   I_{раб мах W1} = 210 А

Максимальный ток трехфазного  короткого замыкания в точке  К I_{кз мах К} = 1250 А

Значение коэффициентов  для расчета тока срабатывания МТЗ 1:

- коэффициент надежности                   К_н = 1,2

- коэффициент самозапуска                  К_{с зап} = 1,5

- коэффициент возврата  реле тока       К_в = 0,85

- ступень селективности                        Dt = 0,5 сек

- для расчета тока срабатывания  реле  К_сх = 1

- коэффициент трансформации  трансформаторов тока выбрать  из стандартных значений    100/5,  200/5,   300/5.

Для расчета коэффициента чувствительности  МТЗ1 принять условие: мощность минимального режима принять 80% от мощности максимального режима.

 

РЕШЕНИЕ.

 

Ток срабатывания защиты рассчитывается таким образом, чтобы защита не срабатывала  при нормальном режиме работы защищаемого  элемента и срабатывала при КЗ.

         Расчет ведется по формуле

,

где К_Н – коэффициент надежности,

К_{с. зап.} – коэффициент самозапуска электродвигателей,

К_в – коэффициент возврата реле тока,

 

- рабочий максимальный ток  защищаемого элемента (линии).

 

Ток срабатывания реле рассчитывается по формуле

 

 

где n_ТА – коэффициент трансформации трансформатора тока равный 300/5,

К_СХ – коэффициент схемы, определяемый схемой соединения трансформаторов тока и реле тока в схеме защиты.

     Принимаем  ближайшую большую уставку I_у.р.= 8 А. Уточняем величину тока срабатывания защиты по формуле

 

Чувствительность защиты к короткому замыканию оценивается  коэффициентом чувствительности в  основной зоне и в зоне резервирования. Общая формула для определения  коэффициента чувствительности

 

где I_КЗ – минимальный ток КЗ в конце защищаемой линии.

Определим коэффициент чувствительности защиты линии W1:

 

 

K_ч = 1,8 > 1,5, защита пригодна к применению, так как согласно требованиям ПУЭ коэффициент чувствительности К_Ч  должен быть не менее 1,5.

 

Уставка времени срабатывания.

Определение уставки времени  срабатывания защиты линии W1. Согласование по току срабатывания обеспечивается тем, что время срабатывания защиты предыдущей линии делается больше тока срабатывания защиты последующей линии.

При коротком замыкании в  начале линии W2, защита линии W1 должна работать со временем, которое больше на Dt = 0,5 с времени работы защиты линии W2, имеющей t_уст.w2 = 1,2 с.

При коротком замыкании на линии W2 кратность тока защиты W2 равна:

 

где - максимально возможный ток КЗ в конце линии, т.е. ток трехфазного КЗ в максимальном режиме системы;

- ток срабатывания МТЗ линии  1.

По характеристике W2 защита W2 при k_Iуст = 4,6 будет работать со временем t_W2 = 1,4 с. Защита линии W1 при коротком замыкании на линии W2 должна работать со временем t_W1 = t_W2 + Dt = 1,4 + 0,5 = 1,9 с.

При коротком замыкании на линии W1 кратность тока защиты W1 равна:

 

   5

   4

 W1

 

3

W2

   2

   1

В

              1        2     С 3       4      5 С     6        7       8       9       10     11

 

Рис. 1.3. Характеристики реле

  По характеристикам: кратности тока k_Iуст = 2,6 и времени t_W1 = 1,9 с строим характеристику реле (рис 1.3), находим точку А, которая лежит на времятоковой характеристике защиты линии W1.

Определяем отношение 

Уставка времени срабатывания защиты линии W1 будет равна:

Задача №2.

 

     Для схемы электрической сети, показанной на рис. 2.1, предложить виды устройств релейной защиты и указать места их установки. Выбрать точки КЗ и рассчитать сопротивления до них в различных режимах, нужных для расчета  параметров срабатывания защит и их чувствительности.  Рассчитать время выдержки всех защит. Выключатели Q₅ и Q₁₂ в нормальном режиме отключены. Ступень селективности Dt = 0,5 с. Сопротивление линий и трансформаторов, а также сопротивление системы указаны в табл. 2.1 в относительных единицах. В табл. 2.1 указаны также времена срабатывания максимальных токовых защит t₇, t₈, t₁₄, t₁₅ выключателей Q₇, Q₈, Q₁₄, Q₁₅ соответственно  и мощности трансформаторов S_{Т1 ном}, S_{Т2 ном}.                                                                 Таблица 2.1

Вариант	хс	xW1	xW2	xW3	хт	Sт1ном = Sт2ном МВ*А	t7 c	t8 c	t14 c	t15 c
9	0,09	0,2	0,25	0,25	3	10	0,9	1	1	0,8

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1. Схема электрической сети

РЕШЕНИЕ.

     Следует, прежде всего, обратить внимание на то, что высоковольтный выключатель Q₅ отключен, значит, замкнутого кольца линии W1, W2, W3 – нет. Поэтому на линиях W1, W2, W3 могут быть установлены простые МТЗ. Выключатель Q₅ включается в том случае, если будет отключена, либо линия W1,  либо линия W2.

На выключателе Q₁₂ должна быть обязательно установлена МТЗ. Это нужно для того чтобы при отключении по какой-либо причине, например, трансформатора Т2 и выключенном секционном выключателе Q₁₂ в случае КЗ на правой секции шин 10 кВ защита Q₁₂ отключила бы именно этот выключатель. Тогда левая секция продолжит свою работу. В этом состоит смысл секционирования системы шин.

На трансформаторах Т1 и Т2 должны быть предусмотрены защиты, регламентируемые ПЭУ.

1. Определяем токи короткого  трехфазного замыкания на трансформаторной  подстанции:

 

- на стороне ВН

 

 

 

- на стороне НН

 

Максимальный рабочий  ток линии может быть рассчитан  как сумма номинальных токов  двух трансформаторов мощностью  по 4 МВ·А.

 

Максимальный рабочий  ток трансформатора при введенном  АВР (Q₁₂) не должен превышать более 0,7 их номинального тока, т.к. трансформаторы находятся в «неявном резерве».

Тогда ток срабатывания защиты будет больше или равен:

 

где К_н = 1,2 коэффициент надежности;

К_сзп = 1,5 коэффициент самозапуска;

К_в = 0,85 – коэффициент возврата,

 

 

 

 

Рассчитываем ток срабатывания защиты на АВР (Q₁₂):

 

Проверяем коэффициент чувствительности защиты АВР (Q₁₂)

 

  где  I_{кз нн} – ток короткого замыкания на стороне НН;

   I_сз – ток срабатывания защиты на АВР.

К_ч = 3,32 > 1,5 свойство соблюдается

 

 

2. Рассчитываем токи срабатывания  защит выключателей Q₁₄,  Q₁₅.

К_нс = 1,4 – коэффициент надежности согласования защит;

К_р = 1 - коэффициент токораспределения, т.к. имеется только один источник питания.

 

I_{раб мах пред} – максимальный рабочий ток после выключателе Q₁₄,

I_{сз Q14, Q15} ³ 1,4 · (165,15 + 0,9 · 330,3) ≥ 647,38

I_{сз Q14,Q15} ³ 647,38 А

3. Рассчитываем токи срабатывания  защит выключателей Q₁₁, Q₁₃.

I_{сз Q11, Q13} ³ (165,15 + 0,9 · 330,3) ≥ 647,38

I_{сз Q11, Q13} ³ 647,38 А

4. Выберем типы реле  для выключателей Q₁₁, Q₁₃, Q₁₄, Q₁₅, Q₁₂

- для Q₁₂ (АВР)

 

n_т – коэффициент трансформации по току равный 40

К_сх – коэффициент схемы

К_сх = Ö3 – при трехфазном коротком замыкании

 

 

Реле на АВР выбирается по ближайшей большей уставке  по току. Принимаем ближайшую большую  уставку по току 115 А

Для выключателей  Q₁₄, Q₁₅

I_сp – одинаковые, т.к. I_сз равны

 

 

Принимаем ближайшую большую  уставку по току 30 А

 

Для выключателей Q₁₁, Q₁₃

 

Принимаем уставку по току 30 А.

 

 

К_Ч =8,11 > 1,5 – условие чувствительности защиты выполняется.

 

5. Рассчитываем ток срабатывания  защиты на выключателях Q₉, Q₁₀

 

 

Выбираем ближайшую большую  уставку реле по току – 30 А

 

К_Ч = 8,11 > 1,5 – условие чувствительности защиты выполняется.

6. Расчет уставок защит  на двух параллельно работающих  линиях W1, W2,  выключатели Q₃, Q₄, Q₁, Q₂.

Токи срабатывания защиты этих линий отстраиваются от их максимального  рабочего тока, который в аварийных  условиях отключения одной из параллельно  работающих линий может кратковременно составлять до 130% длительно допустимого  тока.

Наименьшие допустимые сечения  проводов линий 1 - 35 кВ, по условиям механической прочности - 25 мм².

I_{дл доп} ³ 142 А       (для 35 кВ)

I_сз ³ К_н/К_в * 1,3 * I_{дл доп} = 1,2 / 0,8 * 142 = 277 А

I_cз ³ 277 А (отсечка направленной защиты отстраивается I_со»4I_сз = =4 · 277 = 1108 А).

Принимаем уставку 15 А.

 

К_ч = 14 > 1,5 - защита работает.

 

7. Расчет тока срабатывания  защиты выключателя Q₈.

Линии W1 и W2  резервируют друг друга, поэтому К_н = 0,7

I_сз³ 0,7 / 0,8 · 1,3 · 142 = 161,5 А.

 

I_сз ³ 161,5 А                  (I_{сраб отсечки} » 4 · I_cз)

 

I_со ³ 161,5 · 4 = 646 А    

Ближайшая уставка по току 7 А.

 

К_ч = 24 > 1,5 – защита работает

8. Расчет времени срабатывания  выключателей.

 

t₁₁ ³ t₁₄ + Dt = 1 + 0,5 =1,5 с

t₁₃ ³ t₁₅ + Dt = 0,8 + 0,5 = 1,3 с

t₉ ³ t₁₁ + Dt = 1,5 + 0,5 = 2 с

t₁₀ ³ t₁₃ + Dt = 1,3 + 0,5 = 1,8 с

t₁₂ ³ t₁₄ + Dt = 1 + 0,5 = 1,5 с

t₁₄ > t₁₅ – наибольшее время срабатывания выключателя

t₆ ³ t₁₀ + Dt = 1,8 + 0,5 = 2,3 с

t₂ ³ t₆ + Dt = 2,3 + 0,5 = 2,8 с

t₃ ³ t₇ + Dt = 0,9 + 0,5 = 1,4 с

t₅ ³ t₈ + Dt = 1 + 0,5 = 1,5 с

t₄ ³ t₅ + Dt =1,5 + 0,5 = 2 с

t₁³ t₃ + Dt = 1,4 + 0,5 = 1,9 с

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»

 

Контрольная работа №1

 

 

 

По предмету:  Электроэнергетика