Струмові захисти трансформатора від зовнішніх коротких замикань

Курсова робота на тему:

"Струмові захисти трансформатора від зовнішніх коротких замикань"

Зміст

Введення

Вихідні дані

Завдання

1  Газовий захист трансформатора

2  Диференціальний захист трансформатора

3  Максимальні струмові захисти трансформатора від зовнішніх коротких замикань

4  Максимальне спрямований захист

5  Максимальні струмові захисти від ненормальних режимів

6  Захист блокування віддільника

7  Перевірка трансформаторів струму на 10% погрішність

Список літератури

Введення

У даному курсовому проекті розраховані диференціальні захисти від к.з. в обмотках і на зовнішніх висновках трансформатора, максимальні струмові захисти (МТЗ) - від зовнішніх к.з., максимальне спрямований захист - для усунення підживлення к.з. на ЛЕП системи зовнішнього електропостачання з боку тягової або районної обмотки трансформатора, максимальні струмові захисти для захисту від ненормальних режимів, захист блокування віддільника. А також зроблена перевірка трансформаторів струму на 10% погрішність і зроблене графічне подання захистів трансформатора.

Відповідно до Правил пристрою електроустановок (ПУЕ) і провідними вказівками по релейному захисті, на трансформаторах установлюються захисти від внутрішніх ушкоджень, від зовнішніх коротких замикань (к.з.) і ненормальних режимів. У зв'язку із цим на понижувальних трансформаторах тягових підстанцій змінного струму застосовуються наступні види захистів:

1) Газовий захист - від всіх видів ушкоджень усередині бака трансформатора, що супроводжуються виділенням газу із трансформаторного масла, а також зниженням рівня масла. Газовий захист, діє на сигнал і на відключення трансформатора з усіх боків.

2) Поздовжній диференціальний захист - від к.з. в обмотках і на зовнішніх висновках трансформатора.

3) Максимальні струмові захисти (МТЗ) - від зовнішніх к.з.

4) Максимальний струмовий спрямований захист (МТНЗ) - для усунення підживлення к.з. на ЛЕП системи зовнішнього електропостачання з боку тягової або районної обмотки трансформатора.

5) Максимальні струмові захисти - для захисту від ненормальних режимів.

6) Захист блокування віддільника. Захист забезпечує відключення віддільника в «без струмову паузу» і виконується в однофазному одно релейному виконанні з використанням трансформатора струму, установлюваного в ланцюзі.

Для контролю температури верхніх шарів масла трансформатора встановлюються термосигналізатори, які роблять включення обдува трансформатора при досягненні температури масла +55⁰С.

Для підключення реле МТЗ із боку 110 кВ і реле диференціального захисту використовуються окремі обмотки трансформаторів струму (ТА). Інші обмотки ТА використовуються для підключення всіх інших захистів.

Обмотки ТА класу 0,5 з боку 27,5 кВ трансформатора використовуються для підключення лічильників електричної енергії.

Вихідні дані

·  Тип, потужність і напруга понижувального трансформатора на підстанції:

ТДТНЕ - 25000/110 - 69

115/38,5/27,5.

·  Потужність к.з. на шинах 110 кВ підстанції, МВ*А ( у чисельнику - у режимі максимуму енергосистеми, у знаменнику - у режимі мінімуму ): 550/350.

·  Витримка часу фідерів, що питаються від 27,5 кВ: 0,5 с.

·  Витримка часу фідерів, що харчуються від районної обмотки трансформатора: 0,7 с.

·  Щабель витримки часу ?t: 0,4 с.

· 

Завдання

У даному курсовому проекті треба розрахувати захист: диференціальний, максимальний струмовий захист від зовнішніх коротких замикань, максимальний спрямований струм, захист від ненормальних режимів, захист блокування віддільника для трьох обмотувальних понижувальних трансформаторів тягової підстанції змінного струму.

1 Газовий захист трансформатора

Газове реле реагує на виділення із трансформатора масла газів у результаті розкладання масла й ізолюючих матеріалів при виникненні в трансформаторі електричної дуги.

Вибираємо газове реле типу РГЧЗ - 66.

Рис. 1 Пристрій газового реле На малюнку 1. Стрілкою зазначений напрямок потоку масла й газу при внутрішнім ушкодженні трансформатора. Реле складається з резервуара 1, усередині якого на шарнірах укріплені плоскодонні алюмінієві чашки 2 і3.

У нормальному режимі резервуар повністю заповнений маслом і чашки втримуються пружинами 4, у горизонтальному положенні. При зниженні в резервуарі 1 рівні масла з - за витиснення його газами або течі в баку трансформатора опускається ( під впливом маси масла, що залишилося в чашках ) спочатку верхня чашка, а потім і нижня. Рухливі контакти 6 замикаються з нерухливими 5. При бурхливому газоутворенні потік масла й газів ударяється в лопату 8, чашка 3 повертається й контакти 5 і 6 замикаються. Залежно від швидкості масла й газів час спрацьовування реле 0,05 - 0,5 с.

2 Диференціальний захист трансформатора

Для виконання поздовжнього диференціального захисту трансформатора використовується схема із циркулюючими струмами.

Понижувальний трансформатор, на відміну від лінії або генератора, має деякі специфічні особливості, що впливають на виконання його поздовжньої захисту. До таких особливостей ставляться:

1.  наявність кидка струму намагнічування трансформатора при включенні його під напругу або при відновленні напруги після відключення близького к.з.;

2.  нерівність струмів по вторинних обмотках трансформаторів струму;

3.  наявність кутового зрушення вторинних струмів ТА при різних схемах сполуки силових обмоток трансформатора.

Для захисту трансформаторів у нашій країні випускаються спеціальні реле серії РНТ і ДЗТ. Для захисту понижувальних трансформаторів з регулюванням напруги під навантаженням, які встановлюються на тягових підстанціях змінного струму, застосовуються в основному реле типу ДЗТ із трансформаторами, що насичуються, струму (НТТ) і магнітним гальмуванням.

Завданням розрахунку захисту трансформатора є визначення числа витків різних обмоток диференціального реле захисту.

1. По заданій потужності трансформатора знаходимо номінальні струми I_н високої (ВН), середньої(СН) і низкою (НН) сторін трансформатора.

I_вн= = =125,5 А

I_сн= =375 А

I_нн= =525,2 А

Вибираємо типи ТА й визначаємо їх коефіцієнти трансформації. При цьому, з метою підвищення надійності захисту й зменшення повних погрішностей ТА, доцільно застосовувати трохи завищені проти розрахункові значення коефіцієнтів трансформації.

Для U_н=115 кВ

ТВ-110-I-150/5

Первинний струм I_1н=150 А

Вторинний струм I_2н=5 А

n_т=150/5=30

Для U_н=38,5 кВ

ТВ-35-I-600/5

I_1н=425 А

I_2н=5 А

n_т=425/5=85

Для Uн=27,5 кВ

ТВ-35-I-600/5

I_1н=600 А

I_2н=5 А

n_т=600/5=120

Вибираємо схеми сполуки ТА. Як відомо, для компенсації кутового зрушення струмів ТА з боку зірки обмоток понижувального трансформатора ТА з'єднуються в трикутник, а з боку трикутника - у зірку.

Схеми сполуки ТА в диференціальних фотополяриметрів відсіченні трансформаторів.

Знаходимо вторинні номінальні струми в плечах захисту :

,

де k_сх – коефіцієнт схеми (k_сх=1 для сполуки ТА в зірку й k_сх=

для сполуки ТА в трикутник);

n_Т – коефіцієнт трансформації ТА.

 А,

 А,

А.

2. Виконаємо розрахунки по визначенню максимальних I_кmax і мінімальних I_кmin струмів при трифазному к.з. на стороні тягової й районної обмоток трансформатора. Ці значення струмів к.з. необхідні для відбудування захисту від максимальних струмів небалансу I_нб при зовнішніх к.з. і визначення коефіцієнтів чутливості захистів.

Для визначення зовнішніх струмів к.з. складемо схему заміщення, що включає опір системи Xs і обмоток понижувального трансформатора Xт.

Розрахунок струмів к.з. зробимо при поданні опорів в іменованих одиницях.

Опір системи в максимальному й мінімальному режимах:

, ,

 Ом,  Ом.

Розрахункова схема заміщення

Визначимо напруги к.з. обмоток трансформатора

Uк вн - сн =17%, Uк вн - нн =10,5%, Uк сн - нн =6%

Uкв=0,5(Uкв - н +U кВ - з - Uкс - н)=0,5(10,5+17 - 6)=10,75%

Uкс=0,5(Uкв - з +Uкс - н - Uкв - н) =0,5(17+6 -10,5)= 6,25%

Uкн=0,5(Uкв - н+Uкс - н - Uкв - с) =0,5(10,5+6 -17)= - 0,25%

Опір обмоток трансформатора, наведені до сторони 110 кВ:

, ,

Ом, Ом,  Ом.

Опору до шин 38,5 і 27,5 кВ у максимальному й мінімальному режимах:

Струми к.з., що протікають через трансформатор, у розрахункових режимах, при зовнішньому трифазному к.з. у максимальному режимі роботи системи - на шинах 38,5 і 27,5 кВ:

.

Приводимо до обмотки високої напруги

При внутрішньому трифазному к.з. у мінімальному режимі роботи системи на сторонах 38,5 і 27,5 кВ:

При внутрішньому однофазному к.з. у мінімальному режимі роботи системи на стороні 110 кВ

Для подальших розрахунків вибираємо найбільший струм із двох максимальних струмів к.з Iк.мах=3378А и найменший із двох мінімальних струмів к.з. .

3. Робимо розрахунок для вибору типу реле захисту. Для цього спочатку визначимо первинний струм (на стороні ВН трансформатора) струм спрацьовування захисту.

Першою умовою вибору первинного струму спрацьовування захисту I_сз є відбудування від струму небалансу I_нб:

Icз ≥ К_З *Iнб,

де Кз - коефіцієнт запасу. Для реле типу РНТ Кз=1,3, а для реле типу ДЗТ Кз=1,5. Орієнтуючись на початку на можливість застосування реле типу

РНТ , беремо Кз=1,3

Визначаємо струм небалансу:

Ка - коефіцієнт, що враховує перехідний режим струмів кз наявність аперіодичної частки). При наявність Нтт Ка=1

Кодн - коефіцієнт однотипності ТА. При різних типах ТА

Кодн=1

Е - припустима відносна погрішність ,Е=0,1

?Uрег - відносна погрішність, обумовлена регулюванням напруга. Приймається рівній половині повного сумарного діапазону регулювання (для трансформаторів ТДТНЕ ?Uри=0,16;

?Fвир - відносна погрішність від неточного вирівнювання струмів плечей захисту внаслідок неможливості точної установки на реле розрахункового числа витків. Тому що число витків поки ще невідомо те ?fвыр =0;

Iк макс. - максимальне значення струму к.з. (на стороні ВН трансформатора) при к.з. на стороні СН або НН.

Другою умовою вибору первинного струму спрацьовування захисту є відбудування від кидка струму намагнічування:

Котс - коефіцієнт відбудування захисту від кидків струму намагнічування. Для реле типу РНТ Котс=1,3 для реле типу ДЗТ Котс =1,5

Орієнтуючись на початку на можливість застосування реле типу РНТ, беремо Котс=1,3.

Iсз=1,3*125,5=163,1 А

Приймаємо за струм спрацьовування Iсз=1142А. По обраному струмі спрацьовування захисту Icз визначається можливість застосування реле типу РНТ. Для цього визначаємо коефіцієнт чутливості захисту Кч^с при двофазному зовнішньому к.з.

Кч⁽²⁾=Iк⁽²⁾хв/Iсз,

Де: Iк мин⁽²⁾ – значення мінімального струму двофазного к.з. наведеного до сторони ВН трансформатора.

Тому що Кч⁽²⁾=1,18<2, то реле типу РНТ використовувати не можна. Вибираємо реле типу ДЗТ-11

4. Визначаємо місце включення гальмової обмотки реле ДЗТ-11. Найкращим варіантом буде включити гальмову обмотку на суму струмів плечей захисту сторін СН і НН трансформатора.

За умовою , де =1,5

Icз=1,5*125.5=188,25 A

По найденому струму I визначається вторинний струм спрацьовування реле.

Iср=(Iсз/n_т)*Кcх=(188,25/30)* =10,9А