Общая часть
Для того, чтобы у вас было меньше вопросов, перед тем, как приступить к рассмотрению данного расчета настроек понижающего трансформатора 10/0,4, рекомендую предварительно ознакомиться с книгами, указанными в оглавлении: «Справочная литература».
И не большое отклонение, если использовать другой тип защиты, отличный от используемого в данном примере, то все рассчитанные коэффициенты можно найти в L1 и [L3].
И так давайте перейдем, теперь непосредственно к расчету настроек.
В данном примере необходимо рассчитать уставки релейной защиты для понижающего сухого трансформатора с плавкой изоляцией 10/0,4 кВ, типа ТС-400 (фирмы ТЕСАР) мощностью 400 кВА, питаемого по кабелю АПвЭВнг — 3х95 мм2 от ячейки №3 типа КСО-011, длина кабеля 300 м. Однолинейная схема подстанции 10 кВ представлена на рис.1.
Для защиты трансформатора типа ТС-400 используется блок релейной защиты и автоматики современного микропроцессорного многофункционального устройства типа SEPAM 1000+ серии S40 (компания Schneider Electric). Данное устройство обеспечивает следующие виды защиты:
- отсечка по току (ТО) — реализована с помощью первой ступени максимальной токовой защиты терминала SEPAM S40, код ANSI 50/51, (ТО реализовано в соответствии с редакцией ПУЭ 7, раздел 3.2.54 раздел 2);
- мТЗ — реализуется с помощью второй ступени МТЗ терминала SEPAM S40, код ANSI 50/51, (МТЗ реализуется в соответствии с ПУЭ 7 ред., п. 3.2.60);
- максимальная токовая защита (ОС) — реализована с использованием одной из ступеней максимальной токовой защиты терминала SEPAM S40 по коду ANSI 50/51; (Запрос предложений реализован в соответствии с изданием EMP 7, раздел 3.2.69);
- однофазная защита от замыканий на землю (SPF) – код ANSI 50N/51N
- газозащита для этого трансформатора не была предусмотрена.
Выбор защит для трансформаторов по ПУЭ более подробно рассмотрен в статье: Перечень защит для силовых трансформаторов мощностью менее 4 МВА
Исходные данные
- Мощность трансформатора: Sном.=400 кВА;
- Схема соединения обмоток трансформатора 10/0,4 — Δ/Yn;
- Ток трехфазного короткого замыкания на палубе 10 кВ в минимальном режиме: Iк.з.min=11,47 кА;
- Напряжение: Uном.=10 кВ;
- Напряжение короткого замыкания двухобмоточного трансформатора ТС-400: Uк%=4%; (выбрано из каталожных данных производителя)
- Длина линии: L=300 м;
- Кабель — АПвЭВнг — 3х95 мм2;
- Коэффициент трансформации для трансформаторов тока nt =100/5;
- Вторичные обмотки трансформаторов тока выполнены по схеме «полная звезда»;
- Тип защиты — SEPAM 1000+ серии S40.
Расчет уставок токовой отсечки (ТО)
Чтобы отсечка тока работала избирательно, она должна быть отстроена от токов КЗ за трансформатором, т.е на стороне 0,4 кВ.
Также необходимо следить за тем, чтобы автоматический выключатель не срабатывал при бросках тока намагничивания, возникающих при включении ненагруженного трансформатора, которые могут в 3-5 раз превышать номинальный ток силового трансформатора [Л2, п.8, Л3, стр.41]. Однако при отклонении токов КЗ на сторону 0,4 кВ, как правило, обеспечивается выход из строя ТО при перенапряжениях токов намагничивания.
Уставку на работу ТО следует выбирать больше тока 3-х фазного КЗ на стороне 0,4 кВ. Зона действия затемнения охватывает: питающий кабель 10 кВ от ячейки 10 кВ до силового трансформатора и часть обмоток трансформатора.
Для начала нам необходимо рассчитать ток 3-х фазного короткого замыкания на стороне 0,4 кВ, для этого рассчитаем сопротивления всех элементов защищаемой линии в нашем случае — это КЛ-10 №2.
Готовим проектную форму для защищаемой линии
На основе расчетной схемы рисуем эквивалентную схему.
Расчет производится в именованных единицах. Активные сопротивления элементов схемы замещения не учитываются. Если длина кабеля невелика, сопротивлением этого кабеля можно пренебречь.
3.1 Определяем сопротивление системы:
куда:
Uc=10,5 кВ — среднее напряжение (для расчета токов короткого замыкания, принимаемое по таблице 1-1 [Л1] стр. 5);
3.2 Определяем сопротивление кабеля:
Хк = 1 / п * Тонк. * L = 1/1 * 0,121 * 0,3 = 0,0363 Ом;
куда:
- Тонк = 0,121 Ом/км — удельное сопротивление кабеля АПвЭВнг — 3х95 мм2 (выбрано из каталожных данных производителя);
- n — количество нитей в кабеле;
- L – длина защищаемой линии, км;
Как видно из расчета, величина сопротивления кабеля не имеет существенного значения и сопротивлением кабеля можно было пренебречь при расчете токов короткого замыкания.
3.3 Определить сопротивление двухобмоточного трансформатора, приведенного к ВН:
3.4 После расчета всех сопротивлений из схемы замещения определяем общее сопротивление:
ХΣ = Хс + Хк + Хтр-ра = 0,53 + 0,0363 + 11,025 = 11,59 Ом
3.5 Определяем ток трехфазного короткого замыкания при повреждении за трансформатором, приведенный к ВН:
3.6 Определить первичный ток для срабатывания защиты:
куда:
Kots — коэффициент согласования, для SEPAM составляет 1,1-1,15, согласно рекомендациям Schneider Electric.
3.7 Определяем пусковой ток намагничивающего трансформатора:
Iк.з2 = Коц.*Iном.*Кбр.=1,1*23,12*5=127,16 А;
куда:
Кбр = 3-5 коэффициент пускового тока намагничивания, кбр = 5 принимается, согласно рекомендациям Schneider Electric.
За номинальный 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:
куда:
- Кш.= 1 — когда вторичные обмотки трансформаторов тока выполнены по схеме «полная звезда»;
- nt = 100/5 — коэффициент трансформации трансформаторов тока.
3.9 Определяем коэффициент чувствительности защиты для случая 2-х фазного короткого замыкания, для трехрелейной схемы. Если ваша защита сделана по двухрелейной схеме, то тоже нужно умножить на 0,5, соответственно чувствительность защиты снизится в 2 раза по сравнению с трехрелейной схемой.
Как видим, Кч, удовлетворяющий требованиям ПУЭ (п. 3.2.21, п. 8), должен быть > 2.
3.10 Выберите время отклика для текущей отсечки:
В этом случае отсечка тока сработает сразу, без временной задержки, т.е t=0 сек.
Расчет уставок максимальной токовой защиты (МТЗ)
Максимальная токовая защита должна быть согласована с максимально возможным рабочим током с учетом возможности самозапуска электродвигателей 0,4 кВ.
4.1 Определяем максимальный рабочий ток:
куда:
Kz=1,1 — фактически трансформатор загружен на 55%, поэтому принимаем 1,1.
4.2 Определить первичный ток для срабатывания защиты:
куда:
- Кн. — коэффициент надежности, для терминалов SEPAM принимается 1,1;
- В. — коэффициент возврата, для терминалов SEPAM принимается 0,935;
- Кшп.- коэффициент самозапуска электродвигателей с обобщенной нагрузкой; если двигатели не оборудованы устройством самозапуска, применяется 1,2÷1,3;
4.3 Выполним настройку от вводной защиты на стороне 0,4 кВ, при этом должно выполняться следующее условие:
Ic.c>Kn*Ic.c.prev=1,2*27=32,4 А < 38,8 А (условие выполнено);
куда:
- Кп=1,2-1,3 — коэффициент надежности;
- Ис.з.пред. = 27 А (взято из таблицы уставок, предоставленной заказчиком) – входной рабочий ток на стороне 0,4 кВ, который должен подаваться на сторону H/N.
Как видим, условие согласования с защитами 0,4 кВ выполняется.
4.4 Определяем вторичный ток срабатывания реле:
куда:
- Кш.= 1 принимается аналогично из расчета ТО;
- нт = 100/5;
Фактор отклика следует проверять в наименее благоприятных условиях. В этом примере для трансформатора с обмотками ∆/Y-11 наихудшим случаем является однофазное замыкание на землю на стороне 0,4 кВ.
Ток однофазного КЗ стороны 0,4 кВ практически равен току трехфазного КЗ Iш.к.(1) ~ Iк.к.НН(3), это связано с тем, что данные трансформаторы имеют прямое и импедансы нулевой последовательности, которые почти равны.
Более подробно вопрос проверки чувствительности МТЗ для трансформатора со схемами соединения обмотки звезда-звезда и треугольник-звезда с вынесенной на стороне 0,4 кВ нейтралью (Y/Y-0 и ∆/Y-11) рассмотрено в статье: «Примеры расчета коэффициента чувствительности трансформатора МТЗ».
Формулы для определения номинальных токов в реле максимальной токовой защиты на стороне 6 (10) кВ при однофазных коротких замыканиях на стороне 0,4 кВ трансформаторов У/У-0 и ∆/У-11 представлены в таблице 2- 3 [L3 стр. 165].
Согласно редакции ПУЭ 7 п. 3.2.21 коэффициент чувствительности МТЗ должен быть > 1,5 в основной зоне защиты.
4.7 Выбор времени работы МТЗ:
Для того чтобы МТЗ сработала избирательно, необходимо отклоняться от времени срабатывания предыдущих защит, в данном случае это вводной выключатель на стороне 0,4 кВ, где его время срабатывания tсп.пред. = 0,3 сек.
Согласно рекомендациям для терминалов SEPAM используется временной шаг с селективностью ∆t=0,3 с.
В результате время защиты от перегрузки по току определяется по формуле:
tср = tср.предел + ∆t = 0,3+0,3 = 0,6 с
Читайте также: Расчёт элементов нагревателя из нихромовой проволоки: методика проведения вычислений, справочные таблицы
Расчет уставок защиты от перегрузки
В связи с тем, что трансформатор фактически загружен на 55 %, перегрузка трансформатора возможна только на 10 % от номинальной мощности.
5.1 Определите первичный ток для срабатывания защиты от перегрузки:
куда:
- Коц — коэффициент согласования, принятый — 1,1;
- Kv — коэффициент возврата, для терминалов SEPAM принимается 0,935.
5.2 Определить вторичный ток срабатывания реле:
куда:
Кш.= 1 и нт =100/5 — берутся аналогично из предыдущих расчетов.
В связи с тем, что на данной подстанции имеется постоянный дежурный персонал, эту защиту выполняем с воздействием на сигнал, принимаем настройку времени — 9 секунд. В случае, если подстанция остается без постоянного персонала, допускается выполнение данной защиты от отключения. В любом случае эти решения лучше согласовывать с Заказчиком.
Результаты расчетов занесены в таблицу 1.
Таблица 1
| КЛ-10 кВ №2 | Текущее отключение | СЕПАМ S40 | Iк.с=575,37 | — |
| Iк.р=28,77 | ||||
| Кч=17,26 > 2 | ||||
| Защита от сверхтока | Iс.с=38,8 | 0,6 | ||
| Iк.р=1,94 | ||||
| Кч=7,78 > 1,5 | ||||
| Защита от перегрузки | Iс.с=27,2 | 9 | ||
| Iк.р=1,36 |
Расчет уставок выполненный в программе Excel
Для того, чтобы ускорить расчет уставок релейной защиты понижающего трансформатора и не тратить много времени на расчет на листе бумаги и с помощью калькулятора, я решил сделать этот расчет с помощью программы Excel, таким образом ускорение процесса проектирования объекта.
Надеюсь, этот расчет поможет вам и вы потратите меньше времени на расчеты уставок релейной защиты. Если у вас есть какие-либо вопросы, предложения по улучшению расчета или замечания, оставляйте их в разделе комментариев.
