Расчёт токов короткого замыкания и выбор трансформаторов тока

 

 

 

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ  АГЕНТСТВО  ПО  ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ  ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«ЛИПЕЦКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра электрооборудования

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ  РАБОТА

 

по дисциплине: «Релейная защита и автоматизация управления системами

         электроснабжения»

на тему: «Расчёт токов короткого замыкания и выбор трансформаторов тока»

 

Вариант 9

 

 

                                                                                          Выполнил  студент:

гр. ЭО-08-1

Мишин А.В.

____________________

«__» ___________ 2011

Принял    доцент, к.т.н.

Петров Э.С.

____________________

«__» ___________ 2011

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

ЗАДАНИЕ  НА  РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ  РАБОТУ ...................3

 

 

 

ЗАДАНИЕ НА РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКУЮ РАБОТУ

 

В сети электроснабжения, указанной на рис.1, рассчитать номинальные токи, токи короткого замыкания и выбрать трансформаторы тока для случаев короткого замыкания в точках сети К1 и К2.

В результате выполнения расчетно-графической работы должны быть определены:

• номинальные токи в точках К1 и К2;
• относительные токи короткого замыкания в точках К1 и К2;
• установившиеся токи короткого замыкания в точках К1 и К2;
• ударные токи короткого замыкания в точках К1 и К2;
• токи короткого замыкания по вышеуказанным пунктам для двухфазных и трехфазных коротких замыканий;
• базовые значения Iк, необходимые для расчета трансформаторов тока релейной защиты от двухфазных и трехфазных коротких замыканий;
• трансформаторы тока для установки в аппаратуре релейной защиты в точках сети К1 и К2;
• схемы соединений обмоток трансформаторов тока и вторичной нагрузки;

 

Рис. 1. Сеть электроснабжения

 

Параметры и характеристики сети указаны в табл. 1, типы силовых трансформаторов и их основные параметры – в табл. 2, конструктивные и расчетные данные для проводов – в табл. 3.

Таблица 1

Параметры и характеристики сетей

Мощность системы SГ1, МВ·А

Мощность системы SГ2, МВА

Тип Тр1, № варианта

Тип Тр2, № варианта

Длина линии, кабеля l1, км

Длина линии, кабеля l2, км

Длина линии, кабеля l3, км

Сечение линии, кабеля tС1, мм2

Сечение линии, кабеля tС2, мм2

Сечение линии, кабеля tС3, мм2

Материал линии, кабеля 1

Материал линии, кабеля 2

Материал линии, кабеля 3

Индуктивное сопротивление линии, кабеля Х1, Ом/км

200

200

9

8

16

48

48

25

25

35

Al

Al

FeּAl

0,15

 

Таблица 2

Типы силовых трансформаторов и их основные параметры

№ вар-та	Тип трансформатора	Мощность трансформатора Sтр.н, МВА	Коэффициент трансформации nтр	Активные потери транс-форматора  кВт	Uк%, %
8	ТРДН-25000/110	25	110/10	120	10,5
9	ТРДН-40000/110	40	110/10	170	10,5

 

Таблица 3

Конструктивные и расчетные данные для алюминиевых и сталеаллюминиевых проводов

Алюминиевые провода			Сталеалюминиевые провода
Сечение, мм2	Диаметр, мм	Rп, Ом/км	Сечение, мм2	Диаметр, мм	Rп, Ом/км
25	6,4	1,14	35	8,4	0,773

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Релейная защита является основным видом автоматики и средством защиты систем электроснабжения от перегрузок сети, различных видов короткого замыкания. Так же она обеспечивает надёжность и безотказность работы сетей электроснабжения. Релейная защита включает в себя следующие устройства автоматики: АПВ, АВР, АЧР, АРТ.     

Надежность систем электроснабжения зависит от нормальной работы элементов системы электроснабжения и линий электропередачи. Релейная защита предназначена для:

- отключения автоматическим выключателем  защищаемого элемента электрической системы в случае его повреждения, а также при возникновении условий, угрожающих повреждениям или нарушениям нормального режима работы электроустановки;

- сигнализации о нарушении нормального  режима работы защищаемого элемента, а также о возникновении повреждения, не представляющего опасности для элемента или всей установки.

Релейная защита должна обеспечивать быстроту действия, селективность, чувствительность и надежность работы.

При проектировании релейной защиты и автоматики энергосистем нужно правильно рассчитывать параметры защиты, учитывая при этом месторасположение ее в сети.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЕТ  ТОКОВ  КОРОТКОГО  ЗАМЫКАНИЯ

 

1.1. Расчет токов  трехфазного короткого замыкания

 

Схема замещения исследуемой сети для расчета токов короткого замыкания (КЗ) представлена на рис. 1.1.

 

 

Рис. 1.1. Схема замещения для расчета токов КЗ

 

Расчет токов КЗ будем вести в относительных единицах.

Первоначально определим ток короткого замыкания в точке К1. Проверим, является ли участок сети от системы Г1 до точки К1 маломощной отпайкой, используя формулу:

 

 

Так как 0,565 < 5, то отпайка не маломощная.

Определим номинальные токи:

 

 

Примем в качестве базисной мощности и базисного напряжения следующие значения:

 

MВ∙А.

 

Найдем относительные активное и реактивное сопротивления кабеля l1:

 

 

Найдем относительные активное и реактивное сопротивления трансформатора №1:

 

 

Найдем относительные активное и реактивное сопротивления кабеля l2 длиной 1 км:

 

Найдем относительные активное и реактивное сопротивления кабеля l2 длиной 47 км:

 

 

Найдем относительные активное и реактивное сопротивления трансформатора №2:

 

 

Найдем относительные активное и реактивное сопротивления кабеля l3:

 

 

Находим полное эквивалентное сопротивление цепи от Г1 до точки К1:

 

              

Определим относительный ток короткого замыкания в точке К1 от Г1:

 

 

Находим полное эквивалентное сопротивление цепи от Г2 до точки К1:

 

              

Определим относительный ток короткого замыкания в точке К1 от Г2:

 

 

Определим относительный ток короткого замыкания в точке К1:

 

 

Определим установившийся ток короткого замыкания в точке К1:

 

 

 

Определим ударный ток короткого замыкания в точке К1:

 

         

 

Определим во сколько раз ударный ток короткого замыкания больше установившегося тока короткого замыкания для точки К1:

 

 

Определим, во сколько раз установившийся ток короткого замыкания больше номинального для точки К1:

 

 

Проведем расчет в относительных единицах для точки К2. Первоначально проверяем является ли данный участок цепи маломощной отпайкой:

 

 

Так как 30,517 > 5, то отпайка маломощная.

Определим токи от трансформаторов №1 и №2:

 

 

Таким образом ток в начале линии l3 определим из выражения:

 

Примем в качестве базисной мощности то же значение:

 

 

Находим полное эквивалентное сопротивление цепи от Г1 до точки К2:

 

              

Определим относительный ток короткого замыкания в точке К2 от Г1:

 

 

Находим полное эквивалентное сопротивление цепи от Г2 до точки К2:

 

              

Определим относительный ток короткого замыкания в точке К2 от Г2:

 

 

Определим относительный ток короткого замыкания в точке К2:

 

 

Определим установившийся ток короткого замыкания в точке К2:

 

 

 

Определим ударный ток короткого замыкания в точке К2:

 

         

 

Определим во сколько раз ударный ток короткого замыкания больше установившегося тока короткого замыкания для точки К1:

 

 

Таким образом, были рассчитаны токи трехфазного короткого замыкания в точках 1 и 2 исследуемой цепи.

 

 

1.2. Расчет токов двухфазного  короткого замыкания

 

Определим ток двухфазного КЗ по формуле:

 

                 (1.1)

 

Определим токи двухфазного КЗ в точках К1 и К2 по формуле (1.1):

 

Определим ударные токи двухфазного КЗ в точках К1 и К2 по формуле (1.1):

 

 

Соответственно, получили установившиеся и ударные токи двухфазного короткого замыкания для точек К1 и К2.

 

 

2. РАСЧЁТ  ТРАНСФОРМАТОРОВ  ТОКА

 

2.1. Выбор схемы включения  трансформаторов тока

 

Чтобы включать измерительные приборы или реле через трансформаторы тока, используются различные схемы соединения их вторичных обмоток. Соединение в "полную звезду" применяют для включения приборов при значительно неравномерной нагрузке фаз, а также в четырёхпроводных установках. Соединение в "неполную звезду" применяется для включения измерительных приборов при равномерной или незначительно неравномерной нагрузке фаз. Схема включения реле на разность токов двух фаз наиболее экономична для защиты от межфазных КЗ. Она широко применяется в схемах релейных защит. Её чувствительность ниже по сравнению с вышерассмотренными схемами, так как ток срабатывания в данном случае надо увеличивать в раз. Схема соединения на сумму токов трёх фаз является фильтром токов нулевой последовательности, что позволяет использовать её для защиты от замыканий на землю. При других режимах геометрическая сумма токов трёх фаз либо равна нулю, либо во вторичной цепи протекает незначительный ток небаланса. При последовательном соединении обмоток трансформатора тока нагрузка, подключенная ко вторичным зажимам, распределяется поровну между трансформаторами, что позволяет использование маломощных трансформаторов тока.

С учётом сделанных выше замечаний для подключения трансформаторов тока в точках К1 и К2 используем схему включения в "неполную звезду", изображённую на рис. 2.1.

 

 

 

Рис. 2.1. Схема подключения трансформаторов тока

 

 

2.2. Определение расчётных значений токов

 

Примем расчётные величины токов для трансформатора тока ТТ1 (установленного в точке К1) и трансформатора тока ТТ2 (точка К2), используя данные пункта расчёта токов короткого замыкания.

Максимальные рабочие токи:

 

 

Ток срабатывания защиты:

 

,

 

где Кзап =1,1…1,2; Ксз =2,5…3; Кв =0,6…0,8; Iраб.макс – максимальный рабочий ток защищаемого элемента.

 

 

2.3. Проверка трансформаторов на 10%-ную погрешность

 

Так как в настоящее время промышленностью выпускаются силовые трансформаторы с встроенными во вводы высшего напряжения (35 и 110 кВ) трансформаторами тока ТВТ, то принимаем в точке К1 трансформатор        ТВТ-110-300/5, в точке К2 – трансформатор марки ТПОЛ10-1500 [2].

Произведём расчёт для точки К1.

Находим предельную кратность расчётного тока

 

 

где Iном – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.

 

 

Предельная кратность равна

 

 

Данной величине предельных кратностей для трансформатора ТВТ-110-300/5 соответствует Zдоп = 9,5 Ом [3].

Находим сопротивления проводов. Используем медные провода длиной 100 м и сечением 10 мм2.

 

 

Сопротивление последовательно соединённых реле РТ, РП и РВМ:

 

Сопротивление вторичной нагрузки в случае трёхфазного КЗ при соединении вторичных обмоток в неполную звезду равно

 

 

В случае двухфазного КЗ:

 

 

Легко видеть, что оба полученных значения вторичной нагрузки меньше допустимого, следовательно приходим к заключению, что трансформатор тока ТВТ-110-300 работает в пределах 10%-ной погрешности.

Производим расчёт для точки К2.

Находим предельную кратность расчётного тока

 

 

где Iном – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.

 

 

Предельная кратность равна

 

 

Данной величине предельных кратностей для ТПОЛ-10-1500              соответствует Zдоп > 2,3 Ом.

Находим сопротивления проводов. Используем медные провода длиной 100 м и сечением 10 мм2.

 

 

Сопротивление последовательно соединённых реле РТ, РП и РВМ

 

 

Сопротивление вторичной нагрузки в случае трёхфазного КЗ при соединении вторичных обмоток в неполную звезду равно

 

 

В случае двухфазного КЗ.:

 

 

Легко заметить, что в данном случае трансформатор также работает в пределах 10%-ной погрешности.