Расчёт токов короткого замыкания тяговой подстанции. Расчет защит понижающего трансформатора. Принципиальная схема релейной защиты

Режим

Обозна-

 Первая цифра шифра задания

ЭС

чение.

1

Максимум

I_c,max

4.1

Минимум

I_{c, min}

1.3

Наименование

Обозначение

Вторая цифра шифра

0

Общая мощность, %

s=S_Р.Н/S_N

2.4

Нагрузка фидера, МВА

S_Ф,РН

0.4

Марка провода фидера

-

АС-50

Длина фидера, км

L_{Ф, Р.Н}

20

Уставка МТЗ фидера, с

t_{ф, р.н}

0.5

Наименование

Обознач.

Третья цифра шифра задания

5

Вид тяговой сети

-

ТПУЭ

Расстояние, км

(см. рис.1)

L₂₁

20

L₁

20

L₂₂

40

Рабочий ток, А

ввода в РУ 27,5 кВ

I_{РУ, раб}, _max

830

фидера подстанции

I_{П, раб}, _max

800

фидера ПС

I_{ПС, раб}, _max

400

ППС

I_{ППС, раб}, _max

230

Трос груп. Заземления

-

АС-70

Удельные сопротивления тяговой сети, Ом/км

z₁₁

0,3

z₂₁

0,254

z₂₂

0,165

z _-1,2

0,179

z'_p,2

0,075

Наименование

Обозначение

Четвертая цифра шифра задания

1

Тип трансформатора

-

ТДТНЖ 25000 /220 У1

Схемы соединения обмоток

-

Уo/Д/Д

Мощность, МВА

S_N

25

Регулирование высшего напряжения, %

∆U_a

±12

Напряжения обмоток, кВ

номинальное

U_{B, N}

U_{C, N}

U_{H, N}

230

27.5

11.0

максимальное

U_{B, max}

U_{C, max}

U_{H, max}

258

28.9

12.0

минимальное

U_{B, min}

U_{C, min}

U_{H, min}

202

26.2

11

Напряжения опыта КЗ, % для

среднего напряжения

u_k,ВС u_,ВН u_k,СН

12.5

20

6.5

максимального регулируемого напряжения

u_{k, ВC, +РО}

u_{k, ВН, +РО}

13.4

20.4

минимального регулируемого напряжения

u_{k, ВC, -РО}

u_{k, ВН, -РО}

11.4

19.5

Потери, кВТ

опыта КЗ

P_КЗ

130

опыта ХХ

P_XX

37

Относит. сопротивл.

X^*_{в(1), В}

0.24

Наименование

Значение

Обозначения и расчетные формулы

4параметры трансформатора

Заводской допуск напряжения кз

0,05

Δu_k

Напряжение опыта кз, приходящееся на обмотку, %

13

u_k,B=0,5(u_k,BH +u_k,BC- u_k,CH)=0.5(20+12.5-6.5)

-2

u_k,C=0,5(u_k,CH +u_k,BC- u_k,BH)=0.5(6.5+12.5-20)

7

u_k,H=0,5(u_k,BH +u_k,CH- u_k,BC)=0.5(20+6.5-12.5)

Номинальное напряжение энергосистемы, кВ

220

U_N

Ср.наряжения сторон, кВ

питающей сети

230

U_B,cp

тяговой сети

27,5

U_C,cp

район. нагрузки

11

U_H,cp

Режим энергосистемы

МАКС

МИН

-

Включено трансформаторов

2

1

2

1

N

Граничные напряжения обмоток ВН, кВ

202

252

U_B,min; U_B,max

Сопротивление ЭС, Ом

32

102

Z_C,min=U_B,cp/(1,73·I_C,max)=230/(1.73*4.1)=32

Z_C,max=U_B,cp/(1,73·I_C,min)= 230/(1.73*1.3)=102

сопротивление сторон 27,5 кВ, Ом

Трансформатора

177

357

Z_BС,max=U²_B,max·u_k,BС+PO(1+Δu_k)/(100·S_N)=252²*13.4*(1+0.05)/(100*25)=357

Z_BС,min=U²_B,min·u_k,BС-PO(1-Δu_k)/(100*S_N)=202²*11.4*(1-

-0,05)/(100*25)=177

обмотки СН

0

0

Z_T,С=U²_B,cp·u_k,С/(100·S_N)=230²·(-2)/(100*25)

обмотки ВН

177

357

Z_T,B,min =Z_BН,min -Z_T,Н=177-0=177

Z_T,B,max =Z_BН,max -Z_T,Н=357-0=357

от источника до шин

121

209

281

459

Z_{27,5 min} =Z_C,min +Z_BН,min=32+177/2=121

Z_{27,5 min} =Z_C,min +Z_BНmin=102+357/2=281

Z_{27,5 max} =Z_C,max +Z_BН,max=32+177=209

Z_{27,5 max} =Z_C,max +Z_BНmax=102+357=459

сопротивление на стороне 10 кВ, Ом

трансформатора

302

544

Z_BН,min=U²_B,min·u_k,BН-PO(1-Δu_k)/(100·S_N)=2О2²*19.5*(1-0.05)/(100*25)=302

Z_BН,max=U²_Bmax·u_k,BН+PO(1+Δu_k)/(100·S_N)=252*20.4*(1+

+0,05) /(100*25)=544

обмотки НН

125

187

Z_T,Н,min =Z_BН,min -Z_{T,B min,}=302-177=125

Z_T,Н,max =Z_BН,max -Z_T,B,max=544-357=187

от источника до шин

246

334

468

646

Z_10,min =Z_C,min +Z_BН,min=32+302=334

Z_10,min =334-177/2=246

Z_10,max =Z_C,max +Z_BНmax=102+544=646

Z_10,max =646-357/2=468

токи короткого замыкания, кА

на стороне 220 кВ при кз на 27,5 кВ

1.05

0.61

0.52

0.32

I_BC,max=U_N/(1,73·Z_{27,5 min})=220/(1,73·121)=1.05

I_BC,max=U_N/(1,73·Z_{27,5 min})=220/(1,73·209)=0.61

I_BC,min=U_B,max/(1,73·Z_{27,5 max})= 252/(1,73·281)=0.52

I_BC,min=U_B,max/(1,73·Z_{27,5 max})= 252/(1,73·459)=0.32

на стороне 27,5 кВ

8.78

5.1

4.35

2.68

I_27,5,max=I_BC,max·U_B,cp/U_C,cp=1.05·230/27,5=8.78

I_27,5,max=I_BC,max·U_B,cp/U_C,cp=0.61·230/27,5=5.1

I_27,5,min=I_BC,min·U_B,cp/U_C,cp=0.52·230/27,5=4.35

I_27,5,min=I_BC,min·U_B,cp/U_C,cp=0.32·230/27,5=2.68

на стороне 220 кВ при кз на 10 кВ

0.52

0,38

0.27

0.20

I_BH,max=U_N/(1,73·Z_{10 min})=220/(1,73·246)=0.52

I_BH,max=U_N/(1,73·Z_{10 min})=220/(1,73·334)=0.38

I_BH,min=U_N/(1,73·Z_{10 max})=220/(1,73·468)=0.27

I_BH,min=U_N/(1,73·Z_{10 max})=220/(1,73·646)=0.20

на стороне 10 кВ

10.9

7.95

5.65

4.18

I_10,max=I_BH,max·U_B,cp/U_H,cp=0,52·230/11=10.9

I_10,max=I_BH,max·U_B,cp/U_H,cp=0,38·230/11=7.95

I_10,min=I_BH,min·U_B,cp/U_H,cp=0,27*230/11=5.65

I_10,min=I_BH,min·U_B,cp/U_H,cp=0,20·230/11=4.18

НАИМЕНОВАНИЕ ИСХОДНЫХ И РАСЧЕТНЫХ ВЕЛИЧИН

ЗНАЧЕНИЯ

РАСЧЕТНЫЕ ВЫРАЖЕНИЯ

напряжение обмотки, кВ

220

27,5

11

-

номинальный ток обмоток, А

63

526

1445

I_N={I_B,N; I_C,N; I_H,N};

I_B,N=S_N/(1,73∙U_B,N)=25000/(1,73∙230)=

63

I_C,N=S_N/(1,73∙U_C,N)=25000/(1,73∙27,5)=

526

I_H,N=S_N/(1,73∙U_H,N)=25000/(1,73∙10)=

1445

коэффициент схемы 

1,73

1

1

К_сх={К_сх,В;К_сх,С;К_сх,Н}

коэффициент трансформации ТТ

60

120

300

К_i={К_i,В;К_i,С;К_i,Н};

 К_i,В= I_1,N/I_2,N=300/5=60

 К_i,C= I_1,N/I_2,N=600/5=120

К_i,H= I_1,N/I_2,N=1500/5=300

вторичный ток плеча защиты, А

1.8

4.4

4.8

I_B={I _ОСН,В;I_1,В; I_2,В};

I _ОСН,В=I_B,N∙К_сх,В/К_i,В=63∙1.73/60=1.8

I _1,В=I_B,N∙К_сх,В/К_i,В=526∙1/120=4.4

I _2,В=I_B,N∙К_сх,В/К_i,В=1445∙1/300=4.8

расчет рабочей обмотки реле ДЗТ-11 по условию отстройки от броска тока намагничивания

рекомендуемый коэффициент

1,2

-

-

К_р=1,2-1,5

относительное сопротивление ЭС

0,02

-

-

X*_C= Z_C,min /(U/ S_N)=32/ /(230/25)=0.02

уточненный коэффициент отстройки

1

-

-

K*=2,1-3,7∙( X*_C+1,15∙ X*_B(1))=2.1-3.7∙(0.02+1.15∙0.24)=1

принятый коэффициент отстройки

1.0

-

-

K=max(K*;1)

расчетный ток срабатывания защиты, A

63(76)

I _{СЗ,РАСЧ,1}=К∙I_1,N=1∙63=63

(I _{СЗ,РАСЧ,2}=К _р∙I_1,N=1.2*63=76)

расчетный ток срабатывания реле, A

1.82(2.19)

I _{СР,РАСЧ,1}= I _{СЗ,РАСЧ,1}·К_сх,В/ К_i,В=63∙1.73/60=1.82

I _{СР,РАСЧ,2}= I _{СЗ,РАСЧ,2}·К_сх,В/ К_i,В=76∙1.73/60=2.19

уставка срабатывания, А

3.00

-

-

I _СР,ОСН>= I _{СЗ,РАСЧ}

намагничивающая сила срабатывания, А

100

-

-

F_СР

расчетное число витков

33.3

-

-

W _{ОСН,РАСЧ}= F_СР/ I _СР,ОСН=100/3=33.3

принятое число витков

33

-

-

W _ОСН<= W_Р

минимальный ток срабатывания защиты, A 

105

-

-

I _СЗ,min= F_СР·К_i,В/(W _ОСН·К_сх,В)=100·60/

33·1.73=105

расчет уравнительных обмоток

Расчетное

-

13.5

12.4

W _1,РАСЧ= W _ОСН·I _ОСН,В/ I _1,В=33·1.8/4.4=13.5

W _2,РАСЧ= W _ОСН·I _ОСН,В/ I _2,В=33·1.8/4.8=12.4

Принятое

-

14

12

W _У1; W _У2

погрешность ТТ

0,1

ε

расчетный ток короткого замыкания

520

-

-

I _ВСН,max

расчет тока небаланса параллельной работы на 27,5 кВ,А

от погрешности трансформаторов тока

52

-

-

I’ _{НБ,РАСЧ}=ε·I _ВСН,max=0.1∙520=52

от регулирования напряжения

31.2

-

-

I”_{НБ,РАСЧ}=ΔU _α·К_{ТОК, α}·I _ВСН,max=

0.12∙0.5∙520=31.2

от неточности установки витков реле

-0.80

-

-

I”’_{НБ,РАСЧ}={(W _1,РАСЧ-W _У1)·К_{ТОК, 1}/

W _1,РАСЧ-(W _2,РАСЧ-W _У2)·К_{ТОК, 11}/

W _2,РАСЧ)}·I _ВСН,max=={(13.5-14)·0.5/

13.5-(12.4-12)·1/

12.4)}·520= -0.8

суммарный

84

-

-

I _ВСН,нб=|I’ _{НБ,РАСЧ} | +|I”_{НБ,РАСЧ}|+

|I”’_{НБ,РАСЧ}|=52+31.2+0.80=84

ток торможения параллельной работы,А

на сторонах СН и НН

-

260

520

I _С,ТОРМ= I _ВСН,max·К_{ТОК, 1}=520*0.5=260

I _H,ТОРМ= I _ВСН,max·К_{ТОК, 11}=520*1=520

результирующий

-

-

281.7

I _{ВСН,ТОРМ}= I _H,ТОРМ-I _С,ТОРМ·I _1В/

I _2В=520-260*4.4/4.8=281.7

одиночная работа и кз на 27,5 кВ,А

расчетный ток кз

-

610

-

I _ВС,max

ток небаланса

111.6

-

-

I _ВС,нб={ε+ΔU _α+(W _1,РАСЧ-W _У1)/

W _1,РАСЧ)}·I _ВС,max=={0.1+0.12+

(13.5-14)/13.5}*610=111.6

ток торможения

-

610

-

I _BС,ТОРМ=I _ВС,max

одиночная работа и кз на 10 кВ,А

расчетный ток кз

-

-

380

I _ВH,max

ток небаланса

95.9

-

-

I _ВH,нб={ε+ΔU _α+(W _2,РАСЧ-W _У2)/

W _2,РАСЧ)}·I _ВH,max=={0.1+0.12+

(12.4-12)/12.4}*380=95.9

ток торможения

-

-

380

I _BH,ТОРМ=I _ВH,max

тангенс угла торможения

0.75

-

-

tgα

коэффициент угла торможения

1.50

-

-

К_ОТС

расчет витков тормозной обмотки

расчетное при параллельной работе

-

7.4

W _{ВСН,ТОРМ}= К_ОТС·I _ВСН,нб∙W _2,РАСЧ/

(I _{ВСН,ТОРМ}· tgα)= 1.5*84*12.4/

(281.7*0.75)=7.4

расчетное для одиночной работы при кз на 27,5 кВ

-

3.7

-

W _{ВС,ТОРМ}= К_ОТС·I _ВС,нб∙W _1,РАСЧ/

(I _{ВС,ТОРМ}· tgα)= 1.5*84*13.5/

(610*0.75)=3.7

расчетное для одиночной работы при кз на 11 кВ

-

-

5.5

W _{ВН,ТОРМ}= К_ОТС·I _ВН,нб∙W _2,РАСЧ/

(I _{ВН,ТОРМ}· tgα)= 1.5*84*12.4/

(380*0.75)=5.5

принятое

-

7

-

W _ТОРМ>=max(W _{ВСН,ТОРМ};W _{ВС,ТОРМ};

W _{ВН,ТОРМ})

расчет чувствительности защиты при 2-фазном кз на стороне 11 кВ в минимальном режиме при параллельной работе

расчетный ток кз, А

135

135

270

I _В,min= I _ВСН,min· К_{ТОК, α}=270*0.5=135

I _C,min= I _ВСН,min· К_{ТОК, β}=270*0.5=135

I _H,min= I _ВСН,min

ток плеча защиты, А

3.4

8.7

I _В,РАБ=0.87·

I _В,min·К_сх,В/К_i,В=135·0.87·1.73/60=3.4

I _C,РАБ=0.87·I _C,min·(U _В,max/U _C,max)·К_сх,C/ К_i,C=0.87·135·(258/28.9)·1/120=8.7

рабочая намагничивающая сила, А

234

-

F _ВHC,РАБ= I _В,РАБ∙W _ОСН+I _C,РАБ· W _У1=

3.4∙33+8.7·14=234

тормозная намагничивающая сила, А

-

60.9

-

F_{ВСН,ТОРМ}= I _C,РАБ∙ W _ТОРМ=

8.7∙7=60.9

рабочая намагничивающая сила срабатывания реле, А

160

-

-

F_РАБ,СР(F _ВHC,РАБ ;F_{ВСН,ТОРМ})

по кривой торможения реле

коэффициент чувствительности

-

-

1.5

К _Ч,ВСН=F _ВHC,РАБ/F_РАБ,СР=

 234/160=1.5

одиночная работа

минимальные токи кз, А

-

320

200

I _ВС,min;I _ВН,min

коэффициент чувствительности

-

2.65

1.66

К _Ч,ВС=0.87· I _ВС,min/ I _СЗ,min=

0.87·320/105=2.65

К _Ч,ВН=0.87· I _ВН,min/ I _СЗ,min=

0.87·200/105=1.66