Cухой силовой трансформатор типа TS-400

Содержание

  1. Общая часть
  2. Исходные данные
  3. Расчет уставок токовой отсечки (ТО)
  4. Расчет уставок максимальной токовой защиты (МТЗ)
  5. Расчет уставок защиты от перегрузки
  6. Расчет уставок выполненный в программе Excel.
  7. Список литературы

1. Общая часть

Чтобы у Вас меньше возникало вопросов, перед началом рассмотрения данного расчета уставок для понижающего трансформатора 10/0,4 рекомендую, сначала ознакомится с книгами, приведенными в содержании: «Список литературы».

И еще не большое отступление, если Вы используете другой тип защиты отличающейся от того что используется в данном примере, то все расчетные коэффициенты, можно посмотреть в [Л1] и [Л3].

И так перейдем, теперь непосредственно к самому расчету уставок.

В данном примере, нужно выполнить расчет уставок релейной защиты для понижающего сухого трансформатора cлитой изоляцией 10/0,4 кВ, типа TS-400 (компании TESAR) мощностью 400 кВА, питание осуществляется кабелем АПвЭВнг – 3х95 мм2 от ячейки №3 типа КСО-011, длина линии составляет 300 м. Однолинейная схема подстанции 10 кВ представлена на рис.1.

 Рис.1 - Однолинейная схема подстанции 10 кВ

Рис.1 – Однолинейная схема подстанции 10 кВ

Для защиты трансформатора типа TS-400 применяется устройство релейной защиты и автоматики современного микропроцессорного многофункционального устройства типа SEPAM 1000+ серии S40 (компании Schneider Electric). Данное устройство обеспечивает, следующие виды защит:

  • токовая отсечка (ТО)– реализована с помощью первой ступени МТЗ терминала SEPAM S40 код ANSI 50/51, (ТО реализована согласно ПУЭ 7-ое издание, раздел 3.2.54 пункт 2);
  • максимально токовая защита (МТЗ) – реализована с помощью второй ступени МТЗ терминала SEPAM S40 код ANSI 50/51, (МТЗ реализована согласно ПУЭ 7-ое издание, раздел 3.2.60);
  • защита от перегрузки (ЗП) – реализована с помощью одной из ступеней МТЗ терминала SEPAM S40 код ANSI 50/51; (ЗП реализована согласно ПУЭ 7-ое издание, раздел 3.2.69);
  • защита от однофазных замыканий на землю (ОЗЗ) – код ANSI 50N/51N (ОЗЗ реализована согласно ПУЭ 7-ое издание, раздел 3.2.51)
  • газовая защита для данного трансформатора не предусматривалась.

Более подробно, выбор защит для трансформаторов согласно ПУЭ рассмотрен в статье: Перечень защит для силовых трансформаторов мощностью менее 4 МВА

2. Исходные данные

  • Мощность трансформатора: Sном.=400 кВА;
  • Схема соединения обмоток трансформатора 10/0,4 – Δ/Yн;
  • Ток 3х фазного КЗ на шинах 10 кВ в минимальном режиме: Iк.з.min=11,47 кА;
  • Напряжение: Uном.=10 кВ;
  • Напряжение короткого замыкания для двухобмоточного тр-ра типа TS-400: Uк%=4%; (выбирается из каталожных данных Завода-изготовителя)
  • Длина линии: L=300 м;
  • Кабель – АПвЭВнг – 3х95 мм2;
  • Коэффициент трансформации трансформаторов тока nт =100/5;
  • Вторичные обмотки трансформаторов тока выполнены по схеме «полная звезда»;
  • Тип защиты – SEPAM 1000+ серии S40.

3. Расчет уставок токовой отсечки (ТО)

Чтобы токовая отсечка срабатывала селективно, нужно отстраивать ее от токов КЗ за трансформатором, то есть на стороне 0,4 кВ. Также нужно обеспечить, чтобы токовая отсечка не срабатывала во время бросков токов намагничивания, которые возникают при включении под напряжение ненагруженного трансформатора, которые могут превышать в 3-5 раз номинальный ток силового трансформатора [Л2, с.8, Л3, с.41]. Однако если мы отстраиваемся от токов КЗ на стороне 0,4 кВ, то, как правило, обеспечивается несрабатывание ТО при бросках токов намагничивания.

Уставка срабатывания ТО, должна выбираться больше от тока 3-х фазного КЗ на стороне 0,4 кВ. Зона действия токовой отсечки охватывает: питающий кабель 10 кВ от ячейки 10 кВ до силового тр-ра и часть обмоток трансформатора.

Для начала мы должны рассчитать ток 3-х фазного КЗ на стороне 0,4 кВ, для этого, рассчитаем сопротивления всех элементов защищаемой линии в нашем случае – это КЛ-10 №2.

Составляем расчетную схему защищаемой линии.

Рис.2 – Расчетная схема

Рис.2 – Расчетная схема

Исходя из расчетной схемы, составляем схему замещения.

Рис.3 – Cхема замещения

Рис.3 – Схема замещения

Расчет ведется в именованных единицах. Активные сопротивления элементов схемы замещения не учитываются. Если длина кабеля не большая, то сопротивление для данного кабеля, можно не учитывать.

3.1 Определяем сопротивление системы:

Определяем сопротивление системы

где:
Uc=10,5 кВ — напряжение среднее (для расчета токов КЗ, принимается в соответствии с таблицей 1-1 [Л1] страница 5);

Таблица 1-1 – Межфазные напряжения электрических распределительных сетей трехфазного тока 50 Гц

3.2 Определяем сопротивление кабеля:

Хк=1/n* Худ.*L=1/1*0,121*0,3=0,0363 Ом;

где:

  • Худ.=0,121 Ом/км – удельное сопротивление кабеля АПвЭВнг – 3х95 мм2 (выбирается из каталожных данных Завода-изготовителя);
  • n – количество ниток в кабеле;
  • L – длина защищаемой линии, км;

Как мы видим из расчета, величина сопротивления кабеля, не значительная и можно было сопротивление кабеля не учитывать при расчете токов КЗ.

3.3 Определяем сопротивление двухобмоточного трансформатора, приведенное к ВН:

 Определяем сопротивление двухобмоточного трансформатора

3.4 Рассчитав все сопротивления со схемы замещения, определяем суммарное сопротивление:

ХΣ=Хс+Хк+Хтр-ра=0,53+0,0363+11,025=11,59Ом

3.5 Определяем ток трех фазного КЗ, когда возникает повреждение за трансформатором, приведенное к ВН:

Определяем ток трех фазного КЗ, когда возникает повреждение за трансформатором

3.6 Определяем первичный ток срабатывания защиты:

 Определяем первичный ток срабатывания защиты

где:
Kотс — коэффициент отстройки, для SEPAM равен 1,1–1,15, согласно рекомендаций Schneider Electric.

3.7 Определяем бросок тока намагничивания трансформатора:

Ic.з2=Котс.*Iном.*Кбр.=1,1*23,12*5=127,16 А;

где:
Kбр = 3-5 коэффициент броска тока намагничивания, принимается kбр=5, согласно рекомендаций Schneider Electric.

За расчетный ток принимаем наибольший ток срабатывания защиты Iс.з.1=575,37 > Iс.з.2=127,16. Принимаем – 575,37 А.

3.8 Определяем вторичный ток срабатывания реле:

 Определяем вторичный ток срабатывания реле

где:

  • Ксх.= 1 – когда вторичные обмотки трансформаторов тока, выполнены по схеме «полная звезда»;
  • nт =100/5 — коэффициент трансформации трансформаторов тока.

3.9 Определяем коэффициент чувствительности защиты для случая 2х фазного КЗ, для схемы трех релейного исполнения. Если же у Вас защита выполнена для двух релейной схемы, то нужно еще умножить на 0,5, соответственно чувствительность защиты уменьшится в 2 раза по сравнению со схемой трех релейного исполнения.

 Определяем коэффициент чувствительности защиты

Как мы видим Кч, соответствует требованиям ПУЭ (раздел 3.2.21 пункт 8) должен быть > 2.

3.10 Выбираем время срабатывания токовой отсечки:

В данном случае, токовая отсечка будет срабатывать мгновенно, без выдержки времени, то есть t=0 сек.

4. Расчет уставок максимальной токовой защиты (МТЗ)

Максимальная токовая защита должна отстраиваться от максимального возможного рабочего тока, с учетом того что возможен самозапуск электродвигателей 0,4 кВ.

4.1 Определяем максимальный рабочий ток:

Определяем максимальный рабочий ток

где:
Kз=1,1 – фактически трансформатор загружен на 55%, поэтому принимаем 1,1.

4.2 Определяем первичный ток срабатывания защиты:

 Определяем первичный ток срабатывания МТЗ

где:

  • Kн.- коэффициент надежности, для терминалов SEPAM принимается 1,1;
  • Kв.- коэффициент возврата, для терминалов SEPAM принимается 0,935;
  • Kсзп.- коэффициент самозапуска электродвигателей обобщенной нагрузки; если двигателя не оборудованы устройством самозапуска, применяется 1,2÷1,3;

4.3 Выполним отстройку от защиты ввода на стороне 0,4 кВ, при этом должно выполнятся условие:

Iс.з>Кн*Iс.з.пред=1,2*27=32,4 А < 38,8 A (условие выполняется);

где:

  • Кн=1,2-1,3 – коэффициент надежности;
  • Iс.з.пред. = 27 А (взято из таблицы уставок, предоставленных Заказчиком) – ток срабатывания ввода на стороне 0,4 кВ, который нужно привести к стороне в/н.

Как мы видим условие отстройки от защит 0,4 кВ выполняется.

4.4 Определяем вторичный ток срабатывания реле:

 Определяем вторичный ток срабатывания реле

где:

  • Ксх.= 1 берется по аналогии из расчета ТО;
  • nт =100/5;

Коэффициент чувствительности нужно проверять при наименее благоприятных условий. В данном примере для трансформатора со схемой соединения обмоток ∆/Y-11, наименее благоприятным условием является однофазное КЗ на землю на стороне 0,4 кВ.

Однофазный ток КЗ на стороне 0,4 кВ практически равен трехфазному току КЗ, Iк.з.(1) ~ Iк.з.НН(3), это связано с тем, что у этих трансформаторов полные сопротивления прямой и нулевой последовательности практически равны.

Более подробно вопрос о проверки чувствительности МТЗ для трансформатора со схемами соединения обмоток звезда-звезда и треугольник-звезда с выведенной нейтралью на стороне 0,4 кВ (Y/Y-0 и ∆/Y-11) рассмотрен в статье: «Примеры расчета коэффициента чувствительности МТЗ трансформатора».

Формулы по определению расчетных токов в реле максимальных токовых защит на стороне 6(10) кВ при однофазных КЗ на стороне 0,4 кВ трансформаторов Y/Y-0 и ∆/Y-11 представлены в таблице 2-3 [Л3. с.165].

Таблица 2-3 - Формулы для определения расчетных токов в реле максимальных токовых защит при однофазных КЗ

4.5 Ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором определяем по формуле приведенной в таблице 2-3 [Л3. с.165]:

Ток в реле при однофазном КЗ за трансформатором определяем по формуле приведенной в таблице 2-3

4.6 Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4 [Л1. с.19] для полной звезды с тремя реле:

Определяем коэффициент чувствительности при однофазном КЗ за трансформатором по формуле 1-4

Согласно ПУЭ 7-издание пункт 3.2.21 коэффициент чувствительности МТЗ должен быть > 1,5 в основной зоне защиты.

4.7 Выбираем время срабатывания МТЗ:

Чтобы МТЗ работала селективно, нужно отстраиваться от времени срабатывания предыдущих защит, в данном случае это вводной автомат на стороне 0,4 кВ, где время его срабатывания tсз.пред.= 0,3 сек.

По рекомендациям на терминалы SEPAM, применяется временная ступень селективности ∆t=0,3 сек.

В результате время срабатывания МТЗ определяется по формуле:

tср = tсз.пред.+ ∆t = 0,3+0,3 = 0,6 сек

5. Расчет уставок защиты от перегрузки

Из-за того что, фактически трансформатор загружен на 55%, перегрузка трансформатора возможна, только на 10% от номинальной мощности.

5.1 Определяем первичный ток срабатывания защиты от перегрузки:

Определяем первичный ток срабатывания защиты от перегрузки

где:

  • Kотс – коэффициент отстройки, принимается — 1,1;
  • Kв- коэффициент возврата, для терминалов SEPAM принимается 0,935.

5.2 Определяем вторичный ток срабатывания реле:

 Определяем вторичный ток срабатывания реле защиты от перегрузки

где:
Kсх.= 1 и nт =100/5 – берутся по аналогии из предыдущих расчетов.

В связи с тем, что данная подстанция с постоянным дежурным персоналом, выполняем данную защиту с действием на сигнал, уставку по времени принимаем – 9 сек. В случае если бы подстанция была бы без постоянного персонала, разрешается выполнять данную защиту на отключение. В любом случае, данные решения, лучше согласовывать с Заказчиком.

Результаты расчетов, заносим в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование
присоединения
Наименование вида защиты Тип реле защиты Уставки по току, А Уставки по времени, сек
КЛ-10 кВ №2 Токовая отсечка SEPAM S40 Ic.з=575,37
Ic.р=28,77
Kч=17,26 > 2
Максимальная токовая защита Ic.з=38,8 0,6
Ic.р=1,94
Kч=7,78 > 1,5
Защита от перегрузки Ic.з=27,2 9
Ic.р=1,36

6. Расчет уставок выполненный в программе Excel

Чтобы ускорить выполнение расчета уставок релейной защиты понижающего трансформатора и не тратить много времени на выполнение расчета на листке бумаги и с помощью калькулятора, мною было принято решение, сделать данный расчет с помощью программы Excel, тем самым ускорив процесс проектирования объекта.

Надеюсь, данный расчет Вам поможет, и Вы будете меньше тратить времени на выполнение расчетов уставок релейной защиты. Если у Вас возникли вопросы, предложения по улучшению расчета или замечания, оставляйте их в комментариях.«Программа по расчету уставок трансформатора 6(10)/0,4 кВ».

7. Список литературы

  1. Выпуск №3. Методика расчета уставок для Sepam. А.Л. Соловьев. 2006г.
  2. Выпуск №10. Методика выбора уставок защит Sepam присоединений РП (РТП) 6-10 кВ с ячейками SM6. А.Н. Ермишкин. 2007 г.
  3. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. М. А. Шабад, 2003г.
  4. Как рассчитать ток короткого замыкания. Е. Н. Беляев. 1983г.
  5. Правила устройства электроустановок (ПУЭ). Седьмое издание. 2008г.