[Росдистант] Релейная защита систем электроснабжения (ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАДАНИЯ)

Вашему вниманию представлены 4 практических задания по учебному курсу "Релейная защита систем электроснабжения" (Росдистант), ВАРИАНТ 1.5

Практические задания выполнены и оценены на высокий балл.

Практическое задание 1

Тема 5. Релейная защита силовых трансформаторов

Максимальная токовая защита трансформаторов

Определить параметры максимальной токовой защиты (МТЗ) высоковольтного силового трансформатора.

Рекомендации по выполнению задания

1. Ознакомиться с темой «Релейная защита силовых трансформаторов».

2. Выполнить необходимые расчеты по выбору МТЗ трансформатора согласно варианту, используя образец.

3. Оформить решение задачи с пояснениями хода решения и прислать на проверку преподавателю.

При возникновении короткого замыкания в электрической системе в большинстве случаев возрастает ток до величины, значительно превосходящей максимальный рабочий ток. Защита, реагирующая на это возрастание, называется токовой. Токовые защиты являются наиболее простыми и дешевыми. Поэтому они широко применяются в сетях до 110 кВ включительно.

Комплекты токовых защит устанавливаются со стороны питания линии для отключения выключателей. При повреждении на одном из участков сети ток повреждения проходит через все реле. Если ток короткого замыкания больше тока срабатывания защит, эти защиты придут в действие. Однако по условию селективности сработать и отключить выключатель должна только одна максимальная токовая защита – ближайшая к месту повреждения.

Номер варианта работы состоит из двух чисел, которые разделены точками (Х.Х), и определяется с помощью табл. 1.1. Первое число варианта задает мощность SНОМ, кВА; UВН, кВ; UНН, кВ; Iкз, кА; а второе число – коэффициенты отстройки, самозапуска и возврата kотс, kсзп, kв (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Формирование варианта заданий

Первая буква

фамилии студента Номер варианта Первая буква 

имени студента Номер варианта

A, П 1.Х О, Я Х.1

Б, Р 2.Х Н, Ю Х.2

В, С 3.Х М, Э Х.3

Г, Т 4.Х Л, Щ Х.4

Д, У 5.Х К, Ш Х.5

Е, Ф 6.Х И, Ч Х.6

Ж, Х 7.Х З, Ц Х.7

З, Ц 8.Х Ж, Х Х.8

И, Ч 9.Х Е, Ф Х.9

К, Ш 10.Х Д, У Х.10

Л, Щ 11.Х Г, Т Х.11

М, Э 12.Х В, С Х.12

Н, Ю 13.Х Б, Р Х.13

О, Я 14.Х А, П Х.14

Таблица 1.2

№ 

SНОМ, кВА UВН, кВ UНН, кВ Iкз, кА kотс kсзп kв

1 10 000 35 6 4,5 1,2 2,5 0,8

2 16 000 35 10 4,3 1,15 2,5 0,8

3 10 000 110 6 4,5 1,2 2,5 0,8

4 16 000 110 6 4,5 1,2 2,5 0,8

5 25 000 35 10 4,3 1,15 2,5 0,8

6 32 000 110 10 4,3 1,15 2,5 0,8

7 40 000 35 6 4,5 1,2 2,5 0,8

8 40 000 110 10 4,3 1,15 2,5 0,8

9 32 000 35 6 4,5 1,2 2,5 0,8

10 25 000 110 6 4,5 1,2 2,5 0,8

11 6300 35 10 4,3 1,15 2,5 0,8

12 6300 110 6 4,5 1,2 2,5 0,8

13 63 000 35 10 4,3 1,15 2,5 0,8

14 63 000 110 6 4,5 1,2 2,5 0,8

Образец выполнения задания 1

Запишем исходные данные для расчета. 

Рассчитать ток срабатывания максимальной токовой защиты трансформатора и проверить чувствительность защиты, если известно: SНОМ  = 10 000 кВА, UВН = 110 кВ, UНН = 6 кВ, k_отс = 1,2 – коэффициент отстройки, k_сзп = 2,5 – коэффициент самозапуска, k_в = 0,8 – коэффициент возврата.

Ток срабатывания защиты определяем по формуле

"I" _"cз" "≥ " (k_отс ∙〖 k〗_сзп)/k_в ∙"I" _"ном" .

I_ном=S_ном/(√3∙U_ном )=(10 000)/(√3∙110)=52 А;

"I" _"cз" " ≥" (1,2∙2,5)/0,8∙52=197 А;

I_ср=(I_cз∙ k_сх)/n_та =(197∙1)/20=9,85 А.

Выбираем реле тока c пределом уставок 5–10А и последовательным соединением катушек. 

Проверяем защиту на чувствительность к двухфазным коротким замыканиям на стороне низкого напряжения:

k_ч=〖I_min〗^(2)'/I_cз , где

〖I_min〗^(2)'– двухфазное короткое замыкание на стороне низкого напряжения, приведенное к стороне высокого напряжения.

〖I_min〗^((2) ) – принимается по табл. 1.2;

n_т1 – коэффициент трансформации защищаемого трансформатора ГПП.

〖I_min〗^(2)'=〖I_min〗^((2) )/n_т1 =4500/18,33=245 А;

k_ч=245/"197" =1,24.

Если k_ч>1,5, то оставляем МТЗ, если k_ч<1,5, т. е. защита по чувствительности не проходит, устанавливаем МТЗ с пуском по напряжению.

Практическое задание 2

Тема 5. Релейная защита силовых трансформаторов

Токовая отсечка трансформаторов

Определить параметры мгновенной токовой отсечки (МТО) высоковольтного силового трансформатора.

Рекомендации по выполнению задания

1. Ознакомиться с темой «Релейная защита силовых трансформаторов».

2. Выполнить необходимые расчеты по выбору МТО трансформатора согласно варианту, используя образец.

3. Оформить решение задачи с пояснениями хода решения и прислать на проверку преподавателю.

Токовая отсечка – мгновенно действующая токовая защита, селективность действия которой по отношению к защитам смежных участков достигается выбором тока срабатывания, большим максимального тока внешнего короткого замыкания.

Работа защиты на защищаемом участке обеспечивается тем, что ток в линии увеличивается по мере приближения места повреждения к источнику питания. Время срабатывания токовой отсечки складывается из времени действия токового и промежуточного реле и составляет tотс = 0,04–0,06 с.

омер варианта работы состоит из двух чисел, которые разделены точками (Х.Х), и определяется с помощью табл. 1.1. Первое число варианта задает мощность SНОМ, кВА; UНОМ, кВ; Iкзmax(2), кА; а второе число – коэффициенты отстройки и трансформации трансформатора тока kотс, nТА (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Формирование варианта заданий

Первая буква

фамилии студента Номер варианта Первая буква

имени студента Номер варианта

A, П 1.Х О, Я Х.1

Б, Р 2.Х Н, Ю Х.2

В, С 3.Х М, Э Х.3

Г, Т 4.Х Л, Щ Х.4

Д, У 5.Х К, Ш Х.5

Е, Ф 6.Х И, Ч Х.6

Ж, Х 7.Х З, Ц Х.7

З, Ц 8.Х Ж, Х Х.8

И, Ч 9.Х Е, Ф Х.9

К, Ш 10.Х Д, У Х.10

Л, Щ 11.Х Г, Т Х.11

М, Э 12.Х В, С Х.12

Н, Ю 13.Х Б, Р Х.13

О, Я 14.Х А, П Х.14

Таблица 1.2

№ 

SНОМ, кВА UНОМ, кВ Iкз max(2), кА kотс nТА

1 10 000 35 14,42 1,2 20

2 16 000 35 14,42 1,15 20

3 10 000 110 14,42 1,2 20

4 16 000 110 14,42 1,2 20

5 25 000 35 14,42 1,15 20

6 32 000 110 14,42 1,15 20

7 40 000 35 14,42 1,2 20

8 40 000 110 14,42 1,15 20

9 32 000 35 14,42 1,2 20

10 25 000 110 14,42 1,2 20

11 6300 35 14,42 1,15 20

12 6300 110 14,42 1,2 20

13 63 000 35 14,42 1,15 20

14 63 000 110 14,42 1,2 20

Образец выполнения задания 2

Запишем исходные данные для расчета. 

Рассчитать ток срабатывания токовой отсечки силового трансформатора ТДН – 10000/110/6, если известно: k_отс= 1,2 – коэффициент отстройки, nТА = 20 – коэффициент трансформации трансформатора тока.

Ток срабатывания отсечки определяем по формуле       

I_co≥k_отс∙〖I_max〗^(3)'=1,4∙780= 1092 А,где

k_отс=1,4 – коэффициент отстройки, 〖I_max〗^(3)' – максимальный ток трёхфазного КЗ на стороне низкого напряжения, приведенный к стороне высокого напряжения.

〖I_max〗^(3)'=〖I_max〗^((2) )/n_T1 =(14 360)/18.33=780 А, где

n_т1 – коэффициент трансформации защищаемого трансформатора ГПП.

I_ср=(I_cз∙ 〖k 〗_сх)/n_TA =(1092 ∙ 1)/20=54,6 А.

Выбираем реле тока с последовательным соединением катушек и пределом уставок 50–100 А.

Практическое задание 3

Тема 10. Релейная защита электродвигателей

Защита электродвигателя от междуфазных коротких замыканий

Определить параметры токовой отсечки (ТО) высоковольтного силового электродвигателя.

Рекомендации по выполнению задания

1. Ознакомиться с темой «Релейная защита электродвигателей».

2. Выполнить необходимые расчеты по выбору ТО двигателя согласно варианту, используя образец.

3. Оформить решение задачи с пояснениями хода решения и прислать на проверку преподавателю.

Согласно ПУЭ с целью эффективной защиты двигателей от междуфазных коротких замыканий с номинальной мощностью до 5 МВт следует устанавливать максимальную токовую отсечку, коэффициенты которой необходимо выбрать с учетом отстройки от токов внешних коротких замыканий и пусковых токов двигателя.

Междуфазные короткие замыкания (3- и 2-фазные) могут возникать в сетях с заземленной и изолированной нейтралью. Они приводят к значительным повреждениям обмотки, а порой и разрушению магнитопровода статора. Также эти замыкания являются следствием снижения напряжения питающей сети, что снижает эффективность работы других электроприемников. Поэтому защита от междуфазных коротких замыканий в обязательном порядке должна быть установлена.

Номер варианта работы состоит из двух чисел, которые разделены точками (Х.Х), и определяется с помощью табл. 1.1. Первое число варианта задает мощность PНОМ, МВт; UНОМ, кВ; Iкз min(2), кА; а второе число – коэффициент пуска kпуск, коэффициент отстройки kотс, коэффициент трансформации трансформатора тока nТА (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Формирование варианта заданий

Первая буква

 фамилии студента Номер варианта Первая буква

 имени студента Номер варианта

A, П 1.Х О, Я Х.1

Б, Р 2.Х Н, Ю Х.2

В, С 3.Х М, Э Х.3

Г, Т 4.Х Л, Щ Х.4

Д, У 5.Х К, Ш Х.5

Е, Ф 6.Х И, Ч Х.6

Ж, Х 7.Х З, Ц Х.7

З, Ц 8.Х Ж, Х Х.8

И, Ч 9.Х Е, Ф Х.9

К, Ш 10.Х Д, У Х.10

Л, Щ 11.Х Г, Т Х.11

М, Э 12.Х В, С Х.12

Н, Ю 13.Х Б, Р Х.13

О, Я 14.Х А, П Х.14

Таблица 1.2

№ 

PНОМ, МВт UНОМ, кВ Iкзmin(2), кА kпуск kотс nТА

1 2,2 6 6,46 5,2 1,4 60

2 2,5 6 6,46 5,2 1,4 60

3 2,7 6 6,46 5,2 1,4 60

4 2,9 6 6,46 5,2 1,4 60

5 3,0 6 6,46 5,8 1,4 60

6 3,1 6 6,46 5,8 1,4 40

7 3,4 6 6,46 5,8 1,4 40

8 3,8 6 5,89 5,8 1,4 40

9 4,1 6 5,89 5,8 1,4 40

10 4,5 6 5,89 6,4 1,4 40

11 4,5 6 5,89 6,4 1,4 40

12 4,8 6 5,89 6,4 1,4 80

13 4,9 6 6,12 6,4 1,4 80

14 3,5 6 6,12 6,4 1,4 80

Образц выполнения задания 3

Запишем исходные данные для расчета. 

Рассчитать ток срабатывания токовой отсечки электродвигателя, если известно: PНОМ = 2,2 МВт, UНОМ = 6 кВ, Iкз min(2) = 6,46 кА, kпуск = 5,2.

Ток срабатывания отсечки определяем по формуле

I_co≥k_отс∙〖I_max〗^", где k_отс=1,4.

〖I_max〗^"– для асинхронного двигателя равен пусковому току:

 〖I_max〗^"=k_п∙I_ном;

                      I_ном=S_ном/(√(3 )∙〖 U〗_ном );

                     S_ном=P/(ŋ ∙ cos⁡〖φ 〗 ).

Расчет производится только в амперах:

S_ном=2,2/(0,97 ∙ 0,88)=2,6 МВА;

I_ном=2,58/(√3∙6)=248 А;

〖I_max〗^"=5,2∙248=1292 А;

I_co≥1,4∙1292=1809 А.

Ток срабатывания реле определяем по формуле

I_ср=(I_co∙〖 k〗_сх)/n_TA .

Выбор трансформатора тока производится из набора номинальных значений: 50/5; 100/5; 200/5; 300/5… Выбираем 300/5, так как I_ном=248 А. kсх = 1 при соединении трансформаторов тока в звезду и kсх = √3 при соединении трансформаторов тока в треугольник. nTA – коэффициент трансформации трансформатора тока.

I_ср=(1809 ∙ 1)/60=30,15 А.

Выбираем реле тока с пределом уставок 25–50 А и последовательным соединением катушек.

Проверяем чувствительность защиты:

k_ч=〖I_min〗^((2) )/I_co >2, где

〖I_min〗^((2) )– минимальный двухфазный ток КЗ в точке К2 суммарный, принятый из табл.1.2.

"k" _"ч" " = " ("6,46 " ∙ 〖10〗^3)/"1809" "= 3,57 "  "– защита по чувствительности проходит" .

Практическое задание 4

Тема 10. Релейная защита электродвигателей

Защита электродвигателя от понижения напряжения

Определить параметры реле минимального напряжения высоковольтного силового электродвигателя.

Рекомендации по выполнению задания

1. Ознакомиться с темой «Релейная защита электродвигателей».

2. Выполнить необходимые расчеты по выбору реле для защиты двигателя согласно варианту, используя образец.

3. Оформить решение задачи с пояснениями хода решения и прислать на проверку преподавателю.

Защита минимального напряжения устанавливается на электродвигателях, которые необходимо отключать при понижении напряжения для обеспечения самозапуска ответственных электродвигателей или самозапуск которых при восстановлении напряжения недопустим по условиям техники безопасности или особенностям технологического процесса.

На электростанциях к ответственным относятся такие электродвигатели, отключение которых вызывает снижение на¬грузки или остановку станции. К ним относятся электродвигатели питательных, конденсатных и циркуляционных насосов, электродвигатели дымососов, дутьевых вентиляторов.

Неответственными считаются электродвигатели, отключение которых не отражается на нагрузке станции, например, электродвигатели мельниц на станциях с промежуточными бункерами, багерных насосов и т. п.

Если мощность всех ответственных электродвигателей превышает допустимую мощность по условию самозапуска, то при понижении напряжения необходимо отключать и некоторые ответственные электродвигатели.

Схемы защиты минимального напряжения должны обеспечивать отключение электродвигателей как при полном исчезновении напряжения, так и при длительном коротком замыкании в сети, вызывающем торможение двигателей.

Отключение электродвигателей при исчезновении напряжения обеспечивается установкой одного реле минимального напряжения, включенного на линейное напряжение

Номер варианта работы состоит из двух чисел, которые разделены точками (Х.Х), и определяется с помощью табл. 1.1. Первое число варианта задает напряжение двигателя UНОМ, кВ, а второе число – коэффициент трансформации трансформатора напряжения nТV (табл. 1.2).

Таблица 1.1

Формирование варианта заданий

Первая буква

 фамилии студента Номер варианта Первая буква

 имени студента Номер варианта

A, П 1.Х О, Я Х.1

Б, Р 2.Х Н, Ю Х.2

В, С 3.Х М, Э Х.3

Г, Т 4.Х Л, Щ Х.4

Д, У 5.Х К, Ш Х.5

Е, Ф 6.Х И, Ч Х.6

Ж, Х 7.Х З, Ц Х.7

З, Ц 8.Х Ж, Х Х.8

И, Ч 9.Х Е, Ф Х.9

К, Ш 10.Х Д, У Х.10

Л, Щ 11.Х Г, Т Х.11

М, Э 12.Х В, С Х.12

Н, Ю 13.Х Б, Р Х.13

О, Я 14.Х А, П Х.14

Таблица 1.2

№ 

UНОМ, кВ nТV

1 6 6000/100

2 6 6000/100

3 6 6000/100

4 10 10000/100

5 10 10000/100

6 10 10000/100

7 10 10000/100

8 10 10000/100

9 10 10000/100

10 10 10000/100

11 0,4 380/100

12 0,4 380/100

13 0,4 380/100

14 0,4 380/100

Образец выполнения задания 4

Запишем исходные данные для расчета. 

Напряжение срабатывания защиты рассчитываем по формуле

U_сз=0,7∙U_ном;

U_сз=0,7∙6=4,2 кВ.

Напряжение срабатывания реле рассчитываем по формуле

U_ср=U_сз/n_тv =4200/(6000/100)=70 В, где

〖 n〗_тv – коэффициент трансформации трансформатора напряжения.

Принимаем к установке реле минимального напряжения с пределом уставок 40–160 В.