Релейная защита и автоматика

 

Методические указания и задания к контрольным работам

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение…………………………………………...……………….………..		4
1	Задание …………………………………………………………………	5
2	Методические указания ……………………………………………….	9
Список литературы………………………………………………………….		12
Приложение А  ……………………………………………………………...		13
Приложение Б ………………………………………………………………		14
Приложение В ………………………………………………………………		15
Приложение Г ………………………………………………………………		16

 

Введение

 

 

Процесс производства, передачи и распределения электроэнергии является динамичным, характеризующимся необходимым равенством в каждый момент времени генерируемой и требуемой потребителями электрической энергии (балансом мощности) и подверженным случайным возмущающим воздействиям, относительно слабым (малым), обусловленным случайно изменяющейся нагрузкой, и интенсивным (большим), связанным с повреждениями и отключениями генерирующего и передающего энергию электрооборудования.

Нормальный режим обеспечивается автоматическим управлением электроэнергетическими объектами арсеналом управляющих автоматических устройств и систем. 

Основная задача автоматического управления нормальным режимом – обеспечить производство и передачу электроэнергии при минимальных затратах энергоресурсов (условного топлива) и обеспечить надежность электроснабжения потребителей электроэнергией требуемого качества и исправность электроэнергетических управляемых объектов.

Значение и задачи предмета, его связь с другими специальными предметами. История и перспективы развития релейной защиты и автоматики в Казахстане и за рубежом. Государственная программа о внедрении автоматизации производственных процессов на уровень международных стандартов. Назначение и технико-экономическая необходимость автоматизации управления процессом распределения электроэнергии. Основные элементы систем электроснабжения и особенности промышленных, городских и сельских электрических систем учитываемые при изучении курса.

Последовательность самостоятельной работы над учебным материалом соответствует предложенной в данных методических указаниях последовательности тем курса. В списке литературы приведены основные учебники и пособия, необходимые для самостоятельного изучения курса «Релейная защита и автоматика». Для выполнения контрольной работы возможно использование любых учебников или пособий (ссылка на них обязательна), в которых раскрываются предложенные студентам вопросы и задания.

 

 

1 ЗАДАНИЕ

 

 

В данной контрольной работе выполнить следующее:

1 Согласно Правил устройств электроустановок (ПУЭ) выбрать объем и перечень релейной защиты и автоматики (РЗиА) для всех элемен­тов системы электроснабжения промышленного предприятия (рисунки 1, 2), учитывая, что электроприемники являются потребителями I и II категории.

2 Согласно перечню и варианту (таблицы 1, 2, 3) составить схе­мы защит, произвести расчет уставок, проверку чувствительности и селективности токовых защит для элементов системы электроснабжения промышленного предприятия.

3 Построить карту селективности токовых защит элементов системы электроснабжения промышленного предприятия.

4 Выбрать плавкую вставку предохранителя и уставку автомата для защит электродвигателей 1 и 2, питающихся от трансформаторной подстанции ТП-1, напряжением 380 или 660 В.

 

 

 

 

Таблица 1 - Исходные данные

Наименование	Последняя цифра шифра
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Полная мощность системы SСИСТ, МВА	500	600	700	750	800	900	1000	1000	1100	1200
SК.З. К – 1, МВА	550	750	800	850	900	1000	1100	1150	1200	1250
Напряжение системы, UС, кВ	37	37	115	37	37	115	115	115	115	115
Мощность тр-ра ГПП SТР-РА ГПП, МВА	6,3	10	6,3	16	25	10	63	25	40	63
Мощность тр-ра цеха SТР-РА ЦЕХА , кВА	630	1000	630	1000	1000	1600	1600	1600	2500	2500
РУ АД1, кВт	7,5	11	15	18,5	22	30	37	45	55	75
Р АД2, кВт	90	110	90	110	132	132	160	132	160	160
Тр-р дуговой печи, кВА	630	1000	1250	630	1000	1250	2000	2000	4000	4000

 

Таблица 2 - Исходные данные

Наименование	Предпоследняя цифра шифра
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
Расстояние от п/с А до ГПП завода, км	15	18	10	8	30	25	12	32	22	13
Напряжение вторич-ное тр-ра ГПП, кВ	10,5	6,3	10,5	6,3	10,5	6,3	10,5	6,3	6,3	10,5
Вторичное напряжение ТП, кВ	0,4	0,66	0,4	0,66	0,4	0,66	0,4	0,66	0,4	0,66
КЛ ГПП-РП1 (ААБ10-3х185), км	1,2	1,5	1,0	0,8	1,4	1,5	0,9	1,3	1,1	1,6
Конденс. установка ККУ-6/10 кВ, кВар	1200	1000	800	600	1400	2000	500	1800	1800	1500
Тр-р КПП ТМРУ-6 (10) кВ, кВА	1000	1250	2000	2600	3500	1000	1250	2000	2600	3500
Асинхронный, синх-ронный двигатель 6 (10) кВ, кВт	1600	2000	1250	1000	800	2500	1600	630	630	800

 

Таблица 3 - Исходные данные

Наименование	Первая буква фамилии студента
	А, Д	В, Г, Я	Б, Е	Ж, З, И, Л	К, Э, Ю	М, О	Н, П	Р, Т, У, Ф	С, Ч, Ш	Х, Ц, Щ
Цеховой тр-р (ТП)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Синхр. двигатель (СД)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Асинх. двигатель (АД)	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
АД 1,2 380/660 В	+	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Кабель ГПП-РП1	+				+				+
Тр-р дуговой печи		+				+				+
Тр-р КПП			+				+
Конденс.батарея				+				+

2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

 

 

2.1 Для выполнения контрольной работы необходимо основательно изучить соответствующие разделы курса, особое внимание обратить на токовые и дифференциальные защиты.

Студенты выполняют контрольную работу, выбирая номер варианта задания по трем признакам - последней и предпоследней цифрам шифра зачетной книжки, а также первой букве фамилии. Исходные данные к заданиям приведены в таблицах 1, 2, а объем выполняемой работы указан в таблице 3. В контрольной работе студент решает комплекс вопросов, связанных с проектированием релейной защиты и автоматики всей системы электроснабжения предприятия (рисунки 1, 2).

 

2.2 Пользуясь ПУЭ необходимо выбрать объем и перечень релей­ной защиты и автоматики всех элементов системы электроснабжения:

- ЛЭП 35-110 кВ;

- трансформаторов главной понизительной подстанции (ГПП);

- цеховых понизительных трансформаторов (ТП);

- синхронных и асинхронных двигателей (СД и АД);

- конденсаторной батареи 6-10 кВ (ККУ);

- трансформаторов электродуговых печей (ДСП);

- трансформаторов кремниево-преобразовательных подстанции (КПП).

 

2.3 Например, согласно ПУЭ, на трансформаторах ГПП мощностью 6,3 МВА и более устанавливаются следующие виды защит:

- продольная дифференциальная защита – ДТ;

- газовая защита – Г;

- токовая защита на стороне высшего напряжения с двумя выдержками времени – Т, 2В;   

- токовая защита от перегрузки с действием на сигнал – Т, В.

 

2.4 На секционном выключателе сборных шин 6-10 кВ:

- токовая защита без выдержки времени, вводимая только на период действия АВР – Т;

- АВР секционного выключателя 6-10 кВ, при отключении одного из трансформаторов ГПП – АВР.

Выбранный объем релейной защиты и автоматики элементов системы электроснабжения указывается на схеме условными обозна­чениями (пример см. рисунки 1, 2).

 

2.5 Для элементов системы электроснабжения, указанных в таб­лице 3 для выбранных защит выбрать оперативный ток, тип реле,
схему защиты, произвести расчет уставок токовых реле, выдержки времени, проверку чувствительности защит. Релейную защиту можно
выполнить как на реле прямого действия типа РТМ, РТВ, РНВ, так и
на реле косвенного действия типа РТ-40, РТ-80, РНТ-565 и увязать ее
с применяемым приводом и оперативным током. Схемы защит должны
быть выполнены на оперативном переменном или выпрямленном токе.
Источниками питания следует выбрать трансформаторы тока, напряже­ния или собственных нужд без или с блоками питания тока и напряже­ния типа БПТ и БПН, с предварительно заряженными конденсаторами.

2.6 Для расчета токовых защит токи нагрузки можно выбрать по
номинальной установленной мощности защищаемого элемента, а максимальный ток с учетом эксплуатационных перегрузок или тока само-
запуска увеличить в 2¸3 раза. Трансформаторы тока выбрать в 1,5¸
2,0 раза больше номинального тока защищаемого элемента.

2.7 Для расчета токовых отсечек, дифференциальной защиты
трансформаторов ГПП и проверки выбранных защит по чувствительнос­ти необходимо предварительно произвести расчет токов короткого
замыкания (трех- и двухфазное к.з.) в точках К2 - К4. Для этого сос­тавляют схему замещения, учитывая, что трансформаторы ГПП работают
раздельно, а сопротивление системы до точки К1 (п/ст А системы)
определяется по выражению:

(1)

Активным сопротивлением воздушной ЛЭП 37-115 кВ, сопротивле­нием кабелей, питающих цеховые трансформаторы, синхронные и асин­хронные, двигатели можно пренебречь.

Двухфазный ток короткого замыкания для проверки чувствительности токовых защит определяется из выражения:

(2)

2.8 Карта селективности строится для токовых защит, т.е. про­изводится графическое согласование времятоковых характеристик защит последовательных элементов системы электроснабжения предприятия напряжением 0,4-10(6)-35(110) кВ.

2.9 Для защиты асинхронных двигателей напряжением 380 или 660 В от междуфазных к.з. применяются предохранители с плавкими вставками или автоматы с электромагнитными расцепителями.

Расчет плавких вставок производится по выражениям:

	(3)
	(4)
	(5)
	(6)

Расчет уставок автоматов производится по выражениям:

	(7)
	(8)
	(9)
	(10)

где I_ном.дв, I_{пуск.дв} - соответственно рабочий и пусковой токи двигателя

  I_в - ток плавкой вставки предохранителя

  I_н.а, I_у.э, I_у.т, - соответственно номинальный ток автомата, электро-магнитного и теплового расцепителей.

  I⁽³⁾_кз, I⁽¹⁾_кз - ток трехфазного и однофазного к.з. в сети 0,66-0,4 кВ.

 

После расчета следует выбрать тип предохранителя с плавкой вставкой и автомат с указанием уставок расцепителей.

2.10 Для питания трансформаторов дуговых печей, цеховых транс-­
форматоров, электродвигателей принять кабель марки ААБ- в пределах 200¸400 м (по допустимому току нагрузки).

2.11 При выборе выдержки времени МТЗ цеховых трансформаторов
учесть, что время действия селективного автомата А при к.з. на стороне 0,66 - 0,4 кВ, равен 0,25¸0,4 сек, а ступень выдержки времени Δt = 0,6÷0,7 сек.

2.12 Схемы релейной защиты и автоматики в контрольных
работах можно чертить в электронном виде на листах формата А3.

2.13 Выполненные контрольные работы высылаются на рецензию в
университет не позднее месяца до начала сессии.

2.14 Контрольные работы, выполненные не по варианту, на рецензию
не принимаются и возвращаются без проверки.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кривенков В.В., Новелла В.Н. Релейная защита и автома­тика систем электроснабжения: Учебн. пособие для вузов. – М.: Энергоиздат, 1981, 328 с. 

2. Чернобровов Н.В. Релейная защита. Учебн. пособие для техникумов. Изд. 5-е, перераб. и доп. М.,"Энергия", 1974. 680 с.

3. Андреев В. А. Релейная защита и автома­тика систем электроснабжения. Издательство – М.: Высшая школа, 1991.

4. Овчаренко Н.И. Автоматика электрических станций и электроэнергетических систем: Учебник для вузов / Под ред. А.Ф.Дьякова. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС,2001.-504 с.

5. Федосеев А. М. Релейная защита электрических систем. М.: Энергия, 1976.

6. Беркович М. А., Семенов В. А. Основы автоматики энергосистем: М., Энергия, 1968.

7. Шабад М. А. Расчеты релейной защиты. М.,Энергия,1972, 1974.

8. Фабрикант В. Л., Андреев В. А., Бондаренко Е. В. Задачник по релейной защите. Высшая школа, 1971.

9. Правила устройства электроустановок Минэнерго СССР. 8-е издание М.: Энергоатомиздат, 2000.

10. Коваленский Н.В. Релейная защита электродвигателей высокого напряжения. Энергия, 1977.

11. Гельфанд Я.С. Релейная защита распределительных сетей, Энергия, 1975г.

12. Фабрикант В.Л., Глухов В.П., Паперно Л.Б. Элементы устройств релейной защиты и автоматики энергосистем и их проектирование. Высшая школа, 1974.

13. Барзам А. В. Системная автоматика. ГЭИ, 1964.

14. Справочник по релейной защите под редакцией М. А. Берковича. ГЭИ, 1963.

15. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 4. Защита понижающих трансформаторов и автотрансформаторов. ГЭИ, 1962.

16. Авербух А. М. Релейная защита в задачах с решениями и примерами. - М.: Энергия, 1975 – 416 с.

17. Техническое обслуживание релейной защиты и автоматики электростанций и электрических сетей. В 4 частях: Ч.1: Электромеханические реле. - М.,1999. Ч.2: Реле дифференциальных, направленных и фильтровых защит. – М.,2000. Ч.3: Статические реле. – М., 2000. Ч.4: Электроавтоматика. – М., 2001.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

Таблица А -Технические данные трансформаторов с устройствами регулировки напряжения под нагрузкой (РПН)

№	Тип	Sном, кВА	Номинальные напряжение обмоток		UК.З, %	Схема и группа соединен обмоток тр-ра
			В.Н.	Н.Н.
1	ТМН-6300/35	6300	35±9%	6,3 10,5	7,5
2	ТМН-6300/110	6300	115±16%	6,6 11,0	10,5
3	ТДН-10000/35	10000	35±12%	6,3 10,5	8,0
4	ТДН-10000/110	10000	115±16%	6,6 11,0	10,5
5	ТДН-16000/35	16000	35±12%	6,3 10,5	10,5
6	ТДН-16000/110	16000	115±16%	6,6 11,0	10,5
7	ТРДН-25000/35	25000	35±12%	6,3/6,3 10,5/10,5	10,5
8	ТРДН-25000/110	25000	115±16%	6,3/6,3 10,5/10,5	10,5
9	ТРДН-40000/110	40000	115±16%	6,3/6,3 10,5/10,5	10,5
10	ТРДН-63000/110	63000	115±16%	6,3/6,3 10,5/10,5	10,5

 

Предел регулирования трансформаторов с РПН составляет:

- при напряжении 35 кВ и S_Н.ТР £ 6,3 МВА ±6х1,5%; S_Н.ТР = 10-16 МВА ±8х1,5%;

- при напряжении 110 кВ ±9х1,78%.

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

 

 

Таблица Б - Технические данные асинхронных и синхронных двигателей напряжением 6 и10 кВ

Тип двигателя	Рн, кВт	Uн, кВ	Iном, А	Iпуск Iном	cos φн	ηн
АТД-800-4	800			5,6	0,9	0,89
АТД-1000-6	1000			6,2	0,9	0,89
АТД-1250-2	1250			6,2	0,9	0,90
АКН-1600-4	1600			6,5	0,91	0,91
АКН-2000-6	2000			6,5	0,91	0,92
СТД-630-2	630			6,7	0,9	0,89
СТД-1000-2	1000			6,7	0,9	0,89
СТД-1250-4	1250			6,5	0,9	0,90
СТД-1600-2	1600			6,8	0,9	0,91
СТД-2000-2	2000			7,0	0,9	0,92
СТД-2500-2	2500			6,2	0,9	0,92

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

 

 

Таблица В.1 - Технические данные трансформаторов 6-10/0,66-0,4 кВ

№ п/п	Тип	Sн, кВА	Номинальные напряжение обмоток		UК.З %	Схема и группа соединен обмоток тр-ра
			В.Н.	П.Н.
1	ТМ-630/10	630	6,0; 10,5	0,4-0,23	5,5	или
2	ТМ-630/10	630	6,0; 10,0	0,69-0,4	5,5
3	ТМЗ-1000/10	1000	6,0; 10,0	0,4-0,23	5,5
4	ТМЗ-1000/10	1000	6,0; 10,0	0,69-0,4	5,5
5	ТМЗ-1600/10	1600	6,0; 10,0	0,4-0,23	5,5
6	ТМЗ-1600/10	1600	6,0; 10,0	0,69-0,4	5,5
7	ТМЗ-2500/10	2500	6,0; 10,0	0,4-0,23	5,5
8	ТМЗ-2500/10	2500	6,0; 10,0	0,69-0,4	5,5

 

Таблица В.2 - Технические данные трансформаторов электродуговых печей

Данные печи		Данные трансформаторов
Тип	Емкость, т	Тип	Sн, кВА	Напряжение
				U1, кВ	U2, В
ДС-0,5	0,5	ЭТМПК-1000/10-70УЗ	630	6-10	216-106
ДСП-1,0	1,0	ЭТМПК-1600/10-70УЗ	1000	6-10	216-116
ДСП-1,5	1,5	ЭТМПК-2000/10-71УЗ	1250	6-10	225-110
ДСП-3	3,0	ЭТМПК-3200/10-71УЗ	2000	6-10	243-124
ДСП-6	6,0	ЭТМПК-6300/10-72УЗ	4000	6-10	281-130

 

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

 

 

Таблица Г - Технические данные асинхронных двигателей серии 4А с короткозамкнутым ротором напряжением 380/660 В (по МЭК)

Тип	Рн, кВт	n0, об/мин	Uн, В	Iном, А	ηн	cos φ	Iпуск Iном
4А132 S-4	7,5	1500			0,88	0,87	7
4A132 M-2	11,0	3000			0,88	0,9	7
4A160 M-6	15,0	1000			0,89	0,9	7
4A160 M-4	18,5	1500			0,89	0,9	7
4A200 M-6	22,0	1000			0,9	0,9	7
4A200 L-6	30,0	1000			0,91	0,91	7
4A200 M-2	37,0	3000			0,915	0,91	7
4A250 S-6	45,0	1000			0,915	0,91	7
4A250 M-6	55,0	1000			0,92	0,92	7
4A250 L-2	75,0	3000			0,9	0,92	7
4A250 M-4	90,0	1500			0,915	0,92	7
4A280 S-4	110,0	1500			0,92	0,92	7
4A280 M-2	132,0	3000			0,92	0,92	7
4A315 S-4	160,0	1000			0,92	0,92	7