Расчет МТЗ ЛЭП 10 кВ

Чтобы лучше разобраться в схемном исполнении, принципе работы, расчете и настройке любой релейной защиты, первоначально изучим структурную схему защиты, её составляющие, их назначение и исполнение. Структурная схема всех видов защит и любой сложности одинакова (рис. 2.).

Рисунок 4 - Общая структурная схема релейной защиты

Измерительная часть состоит из основных (измерительных) реле. В зависимости от вида защиты это могут быть реле тока (KA), реле напряжения (KV), реле сопротивления (KZ) и реле мощности (KW). Их задача контролировать электрические параметры защищаемого элемента, сравнивая их с заданными и выдавать соответствующий сигнал логической части.

В логическую часть входят вспомогательные реле – времени (KT), промежуточные (KL), сигнальные (KH). Реализуя элементарные логические функции «ИЛИ», «И», «НЕ», «Выдержка времени», логическая часть релейной защиты приводит в действие исполнительный орган. При повреждениях (к.з.) происходит отключение выключателя Q, при ненормальных режимах появляется сигнал (звуковой, световой).

Оперативные цепи релейной защиты должны иметь надежный самостоятельный источник питания независящий от состояния электроустановки, где находится защищаемый элемент.

В схемах релейной защиты источником оперативного питания может быть аккумуляторная батарея. Это самый надежный источник, но он требует постоянного технического ухода и значительных финансовых затрат. Применяется на всех электростанциях и мощных трансформаторных подстанциях с постоянным обслуживающим персоналом. На подстанциях без постоянного обслуживающего персонала в качестве источников оперативного питания (как на постоянном токе, так и на переменном) находят применение блоки питания (БП), электрическая энергия к которым подается от трансформаторов напряжения (TV) и трансформаторов тока (TA), установленных на подстанции; трансформаторы собственных нужд (ТСН) подстанции; специальные батареи конденсаторов (БК).

Информация о токе и напряжении защищаемого элемента поступает к измерительной части релейной защиты от трансформаторов тока (TA) и трансформаторов напряжения (TV).

Распределительная электрическая сеть 6-10 кВ работает с изолированной нейтралью и в ней возможны лишь междуфазные короткие замыкания (К⁽³⁾ и К⁽²⁾). Замыкание одной фазы на землю не приводит к аварийному режиму и электроснабжение приемников не нарушается. Появление этого режима неблагоприятно для самой трехфазной распределительной сети (повышение напряжения и появление электрической дуги) и опасность поражения электрическим током людей и животных, находящихся вблизи места замыкания.

Поэтому ЛЭП этого класса имеют самостоятельную защиту от коротких замыканий, как правило, на базе токовых защит (МТЗ и ТО) и защиту от замыкания фазы на землю.

Схемное исполнение и работа МТЗ

Максимальная токовая защита применяется для защиты от токов короткого замыкания на всех элементах СЭС (генераторы, трансформаторы, двигатели и ЛЭП). На защищаемой ЛЭП защита ставиться в начале линии относительно источника питания. Защита работает с выдержкой времени.

Один из схемных вариантов МТЗ для защиты ЛЭП 10 кВ представлен на рис. 3. Эта схема выполнена в так называемом разнесенном виде – измерительная часть (рис. 3, а) и логическая часть с исполнительной (рис. 3, б) отделены.

Измерительная часть состоит из двух трансформаторов тока и двух токовых реле, включенных в так называемую «неполную звезду». Данная схема позволяет контролировать все виды коротких замыканий в ЛЭП 10 кВ.

В нормальном режиме работы ЛЭП ток в измерительной схеме I_р, проходящий через реле тока KA₁ и KA₂ меньше тока срабатывания этих реле I_ср и реле не действует, в этом случае контакты их в логической части защиты разомкнуты, обмотка привода выключателя YAT не получает питания и вся схема МТЗ бездействует.

Рисунок 5 - Разнесенная схема МТЗ ЛЭП:

а) – измерительная схема МТЗ, б) – логическая и исполнительная часть МТЗ

ТА₁, ТА₂ – трансформаторы тока; KА₁, KА₂ – реле тока; KТ – реле времени; KL – промежуточное реле; KH – сигнальное реле; YAT – катушка отключения

В нормальном режиме работы ЛЭП ток в измерительной схеме I_р, проходящий через реле тока KA₁ и KA₂ меньше тока срабатывания этих реле I_ср и реле не действует, в этом случае контакты их в логической части защиты разомкнуты, обмотка привода выключателя YAT не получает питания и вся схема МТЗ бездействует.

При коротких замыканиях на ЛЭП ток через реле I_р возрастает. Он становится больше тока срабатывания I_р > I_ср. Реле KA₁ и KA₂ срабатывают, замыкают свои контакты в логической части и с выдержкой времени t_МТЗ получает питание обмотка отключения YAT. Выключатель отключает поврежденную ЛЭП.

Расчет:

Для расчета МТЗ ЛЭП 10 кВ используются следующие данные:

ЛЭП -10 кВ воздушная; длина L₃= 2 км; х₀ = 0,4 ОМ/км.

Мощность к.з. системы S_{К.З.С .}=2700 МВА;

Длина ЛЭП 110 кВ L₁=L₂= 9 км; х₀ = 0,4 ОМ/км.

Мощность нагрузки S_Н1 =2,0 МВА (спокойная нагрузка);

Мощность двигателя S_М1 =1,0 МВА (асинхронный высоковольтный двигатель АД, =6);

В измерительной части МТЗ используем статические реле на интегральных микросхемах РСТ-11.

Основное требование при настройке МТЗ чтобы ток срабатывания МТЗ I_срМТЗ был больше максимального тока нагрузки в нормальном режиме I_раб.max.

Нагрузка для ЛЭП будет состоять (см. рис.1) из асинхронного электродвигателя М1 и нагрузки электроприемников Н1:

S_M1 =

S_M1 = = 1, 17 МВА

,

номинальный ток от нагрузки Н1

номинальный ток двигателя

пусковой ток электродвигателя при k_пуск =6 будет равен

величина номинального рабочего тока ЛЭП будет равна

далее выбираем трансформаторы тока и определяем коэффициент их трансформации .

Величину тока I₁ принимаем равным 300А. Тогда

где I₁ – ближайшая наибольшая величина стандартного первичного тока трансформатора тока.

При настройке МТЗ ЛЭП 10 кВ необходимо выполнить условие

Рабочий максимальный ток ЛЭП I_{раб.maxЛЭП} будет состоять из тока нагрузки электроприемников I_Н1 и пускового тока электродвигателя I_пуск М₁

Зная рабочий максимальный ток в ЛЭП (с учетом пускового тока двигателя) определяем вторичный ток срабатывания МТЗ.

где k_Н – коэффициент надежности; из-за наличия пускового тока АД принимается равным 1,4 для реле РСТ-11(ПУЭ);

где k_сх= 1 («неполная звезда» - схема соединения трансформаторов тока);

k_воз= 0,95 (для реле РСТ-11).

n_Т – коэффициент трансформации трансформаторов тока.

Тогда величина вторичного тока срабатывания МТЗ будет равна

Находим время срабатывания МТЗ

где t_ср.РЗ – выдержка времени на последующей защите;

Δ t – ступень селективности с реле РСТ-11,принимаем Δ t равным 0,6 сек. (ПУЭ).

Проверяем защиту на чувствительность

где I_kmin(K2) – ток к.з. в конце ЛЭП 10 кВ приведенный ко вторичной обмотке трансформатора тока МТЗ

Вывод: максимальная токовая защита воздушной ЛЭП проходит по чувствительности.

Литература

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматизация систем электроснабжения. – М.: Высшая школа, 2006 (2001).

2. Чернобровов Н.В., Семенов В.А. Релейная защита энергетических систем. – М.: Энергоиздат, 1998.

3. Кривенков В.В. и др. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. – М.: Энергоиздат, 1981.

4. Беркович М.А., Молчанов В.В., Семенов В.А. Основы техники релейной защиты. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

5. Маркевич А.И., Иванов В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. Статические реле. – Псков, 2001.

6. Правила устройств электроустановок (ПУЭ-2002).

7. Маркевич А.И. и др. Прибор Спектр. – Энергетик №4, 2000.

8. Шмурьев В.Я. Цифровые реле. Учебное пособие. Санкт-Петербург. 1998.

9. Циглер Г. Цифровая дистанционная защита: принципы и применение. Москва. Энергоиздат. 2005.