Защита и автоматика подстанции. Системы электроснабжения. Выбор трансформаторов тока и напряжения

3. ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ПОДСТАНЦИИ

3.1. Постановка задачи

Системы электроснабжения - это сложный производственный комплекс, все элементы которого участвуют в едином производственном процессе, основными специфическими особенностями которого являются быстротечность явлений и неизбежность повреждений аварийного характера - коротких замыканий в электроустановках. Поэтому надежное и экономичное функционирование систем электроснабжения возможно только при широкой их автоматизации. Для этой цели используется комплекс автоматических устройств, состоящих их устройств релейной защиты и автоматики.

Устройства релейной защиты предназначено для отключения защищаемого участка в цепи или элемента при его повреждении, если эта неисправность влечет за собой выход из строя элемента или электроустановки в целом. Релейная защита срабатывает и при возникновении условий, угрожающих нарушением нормального режима работы электроустановки.

К устройствам релейной защиты предъявляются следующие требования:

-  Селективное действие - это такое действие релейной защиты, при котором обеспечивается только отключение поврежденного элемента системы;

-  Чувствительность - способность реагировать на возможные повреждения в минимальных режимах работы системы электроснабжения, когда изменение воздействующей величины минимально;

Быстрота действия - поврежденный элемент всегда желательно отключить, возможно, быстрее, однако быстрота отключения ограничивается собственными временами действия релейной защиты и выключателя, а также условиями обеспечения селективной работы релейной защиты;

- Надежность работы - свойство выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки.

Современные энергосистемы оснащены комплексом как относительно простых, так и достаточно сложных релейных защит, обеспечивающих их эффективное функционирование.

Подстанция оборудуется устройствами релейной защиты, применяются несколько видов защит: газовая и дифференциальная защита трансформаторов, мгновенная токовая отсечка и максимальная токовая защиты отходящих линий.

Для питания цепей релейной защиты предусматривается установка первичных преобразователей тока.

3.2. Выбор трансформаторов тока и напряжения

Для правильного действия релейной защиты требуется точная работа трансформаторов тока при токах перегрузки электроустановки и токах короткого замыкания, которое во много раз могут превышать их номинальные первичные токи, особенностью ТТ является режим близкий к короткому замыканию его вторичной цепи.

Трансформаторы тока (ТТ) применяют в установках напряжением до 1000В и выше. Они относятся к измерительным трансформаторам и предназначены для расширения предела измерения измерительных приборов, а в высоковольтных цепях, кроме того,- для изоляции приборов и реле от высокого напряжения. Благодаря им приборы для измерения тока и реле не только изолируются от высоковольтной цепи, но могут быть удалены от нее на значительное расстояние и сосредоточены на щите управления. Для измерения токов с применением ТТ, имеющих различные коэффициенты трансформации, амперметры, счетчики, реле и прочие приборы изготавливают с токовыми обмотками, рассчитанными на одинаковый и не большой ток. Поэтому облегчается их конструкция и повышается чувствительность. Первичная обмотка ТТ. включается в цепь первичного тока, а к вторичной обмотке подключаются цепи тока измерительных органов.

Выбор и проверка трансформаторов тока проводятся по следующим условиям:

1.  По номинальному первичному току:

2.  По номинальному напряжению:

3.  По вторичной нагрузке:

где Z_2H-номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности выбирается по табл.4-22[2]

Z₂- вторичная нагрузка трансформатора тока;

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому:

Находим вторичную нагрузку на трансформаторе тока:

(3.1)

где rприб - сопротивление последовательно включенных обмоток приборов реле (в нашем случае к каждому трансформатору тока подключается одно токовое реле РТ40, r = ОД Ом);

rконт  0.1 Ом - сопротивление контактов;

rпр - сопротивление соединительных проводов

                                       (3.2)

сечением где r0 = 0,0175 Ом - сопротивление одного метра медного провода 1,5 мм²;

L = 15 м - длина соединительных проводов;

К_сх - 1,5 - коэффициент схемы включения приборов неполная звезда;

rпр =0,0175 *15* 1,5 =0,393Ом

R₂ =0,1 + 0,393 + 0,1=0,593Ом

4. Кратность допустимого тока внутренней электродинамической стойкости

где i_y- ударный расчетный ток

к_д - кратность динамической устойчивости по табл. ;

Iн - номинальный первичный ток трансформатора тока

5. Кратность односекундного тока термической стойкости

где В_к - тепловой импульс по расчету;

к_т- кратность термической устойчивости по табл.; t_T- время термической устойчивости;

Где I_кз-ток короткого замыкания на низкой стороне; tотк- время срабатывания тока к.з.

где t_p3- время действия рел. защиты

t_0B - полное время отключения выключателя;

Т_а- величина постоянной времени затухания тока к.з. выбирается из табл. 3-8 [2]

На примере одного присоединения ЗРУ-10 кВ Ф-10 произведём выбор трансформатора тока.

Расчёт остальных трансформаторов тока аналогичен, результаты выбора и проверки трансформаторов тока представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Выбор и проверка трансформаторов тока

В комплектных распределительных устройствах применяются опорные