Дата и время

Расчет уставок релейной защиты трансформатора 10/0,4 кВ

Раздел: Релейная защита и автоматика

Cухой силовой трансформатор типа TS-400

Содержание


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. 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, м;

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;

4.5 Определяем коэффициент чувствительности защиты при 2-х фазном КЗ за трансформатором:

 Определяем коэффициент чувствительности МТЗ

Согласно ПУЭ коэффициент чувствительности МТЗ должен быть >1,5 в основной зоне защиты.

4.6 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=11,66 > 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.

Скачать:«Расчет уставок релейной защиты трансформатора 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.

Просмотров: 33177

Статья создана: 11.06.2016

Поделиться:


Читать еще:



Комментарии посетителей (всего 17шт.):
Артем
5
# 69
(16:07:59 15.07.2016 г.)
Делаю первые шаги в области проектирования, очень понравился ваш расчет, все очень подробно расписано. Спасибо за вашу работу
Ответить
Ника
8
# 74
(14:02:16 13.08.2016 г.)
Спасибо за пример расчета уставок для тр-ра. Действительно все расписано по максимуму. Особенно радует что Вы делаете ссылки на ПУЭ.
Ответить
Глеб
1
# 77
(19:26:46 12.09.2016 г.)
Ника, полностью с Вами согласен. Расчет действительно толково сделан.
Ответить
Валерий
1
# 79
(10:28:46 26.09.2016 г.)
спасибо
Ответить
Галимжан
0
# 91
(19:43:12 11.11.2016 г.)
Наверное использована лишняя формула для Imax. если для перегруза вы нашли Iном, то можно было бы просто этот ток умножить на коэффициент Кз 1,1 для решения Imax
Ответить
Администратор
1
# 96
(11:34:58 12.11.2016 г.)
В какой-то степени Вы правы, но у меня порядок расчета был следующий: ТО, МТЗ, защита от перегрузки, по-этому пришлось дважды считать Iном тр-ра + старался максимально подробно все расписать, чтобы не было путаницы.
Ответить
Дмитрий
0
# 119
(19:18:15 22.01.2017 г.)
Доброго времени суток! "Если длина кабеля не большая, то сопротивление для данного кабеля, можно не учитывать." Вопрос: при какой длине надо учитывать кабель? И нормативную ссылку, если такая имеется. Спасибо за пост.
Ответить
Администратор
0
# 120
(17:14:03 23.01.2017 г.)
Здравствуйте! Как видно из результатов расчета 300 м кабеля, можно было не учитывать. Я в расчетах учитываю сопротивление кабеля начиная от 500 м + сечение кабеля нужно учитывать. В нормативных документах, данная информация отсутствует, по крайней мере я не встречал. По хорошему нужно всегда считать сопротивление кабеля.
Ответить
Андрей
0
# 180
(21:07:20 18.02.2017 г.)
Добрый вечер. Делаю диплом и ваши расчеты очень доступные, но например у меня двухлучевая схема с АВР, 4 ктп двухтрансформаторные, то как в этом случае вести расчеты, для расчета мах 3ф тока кз нужно складывать сопротивления 4 трансформаторов ?
Ответить
Администратор
1
# 181
(14:20:05 19.02.2017 г.)
Здравствуйте! Если я Вас правильно понял, Вы хотите сложить сопротивления тра-ров как при последовательном сложении ветвей. Это не есть правильно. У Вас ведь тра-ры не последовательно соединены, а параллельно. Для начала было бы не плохо, составить схему замещения, после этого нужно выполнить преобразование схемы замещения относительно заданой точки КЗ. Основные методы преобразования схем замещения представлены в книге И.Л. Небрат "Расчет токов короткого замыкания для релейной защиты. Учебное пособие" 1996 г. смотрите страницу 23.
Ответить
Сергей
0
# 197
(06:56:56 22.03.2017 г.)
Добрый день! Спасибо за наглядную информацию. Возникла проблема с расчетом. Линия КЛ-10 120 м, ВЛЗ-10 2,4 км, две КТП по 400 кВа. по книге Небрата схему замещения рассчитать не получилось. есть ли какие-то более доступные расчеты?
Ответить
Администратор
0
# 198
(19:40:41 24.03.2017 г.)
Здравствуйте! Наиболее наглядные методы преобразования, представлены в книге Небрата, можно конечно посмотреть еще Шабада, Беляева, Голубева возможно представленные примеры там Вам помогут разобраться. Например для расчетов ТКЗ, я использовал книги авторов: Небрата, Голубева и Беляева.
Ответить
Мария
0
# 218
(07:37:10 15.05.2017 г.)
Здравствуйте! Спасибо Вам за предоставленный подробный расчет. Вопрос по мощности трансформатора у Вас 400кВА, формуле п.3.3 выполнено как 0,4. Опечатка? или я ошибаюсь?
Ответить
Администратор
0
# 219
(19:26:12 15.05.2017 г.)
Здравствуйте! Ошибки здесь нету, это обще принятая формула определения сопротивления двухобмоточного трансформатора. В тех. литературе например в книге Рожкова Л.Д. "Электрооборудование станций и подстанций" страница 131, Вы можете встретить формулу по определению сопротивления тр-ра. Sном. - номинальная мощность элементов трансформатора, МВА, Uср. -среднее напряжение в месте установки данного элемента в кВ.
Ответить
Ильдар
0
# 220
(07:22:07 16.05.2017 г.)
Добрый день! Спасибо большое за расчет уставок.
Один вопрос: при расчете ТО необходимо получить максимальный ток КЗ на стороне 0,4 кВ за тр-ром. Чтобы ток был максимальным, то суммарное сопротивление должно быть минимальным. А при расчете сопротивления системы берется минимальный ток КЗ на шинах, в связи с чем сопротивление системы будет наибольшим. Почему сопротивление системы рассчитывается не по максимальному току КЗ на шинах? Понимаю, что это особой роли не сыграет, с учетом того во сколько раз больше сопротивление тр-ра сопротивления системы, но все же правильны мои рассуждения или что-то не так?)
Ответить
Администратор
0
# 222
(18:26:40 17.05.2017 г.)
Здравствуйте! Выбор рабочих уставок РЗА производится в расчете на "наихудший случай".Для ТО наихудшим случаем является двухфазное кз в минимальном режиме.
Ответить
Feedbacker
5
# 251
(23:03:29 15.07.2017 г.)
Супер, вы очень помогли освежить память, вспомнить дипломное проектирование спустя 6 лет. Спасибо большое!
Ответить

Закрыть
Имя:
543 + 97 =  
Добавить комментарий:
Имя:
543 + 97 =