10.3 Защита трансформатора 10/0,4 кВ

Трансформаторы защищаются плавкими предохранителями типа ПК1… ПК4 /17/.

10.3.1 Выбирается корпус предохранителя по напряжению, току и отключающей cпособности:

U_{п ном}  U _{сети ном;} (10.22)

I_{п ном}  I_{р max}; (10.23)

I_{по ном}  I_{к max} . (10.24)

10.3.2 Выбирается ток плавкой вставки по трем условиям:

• при отстройке от рабочего максимального тока

I_{пв ном}  К_м · I _{р max вн} =1,25 · 146 · 0,4/10 =7,3 А; (10.25)

• при отстройке от броска тока намагничивания трансформатора при его включении под напряжение

I_{пв ном}  1,5…2,0 I_{т ном} (10.26)

I_{пв ном}  2 S_{т ном} / 3U _ном= 2·100/3·10 = 2· 5,8 = 11,6 А;

• при отстройке от кратковременного тока при пуске электро­двигателей

I_{пв ном}  (I_{р max} – I_{эд ном} +I _пуск /)·1/n, (10.27)

где n — коэффициент трансформации трансформатора;

- ко­эффициент, учитывающий условия пуска: = 2,5 — легкие условия; = 1,6 — тяжелые (пилорамы, мельницы и т. п.).

I_{пв ном}  (146-60+420/ 1,6)/ 25 = 144 А. (10.28)

Выбираем I_{пв ном} = 16 A.

Рекомендуется значения токов плавких вставок, когда не про­изводятся расчеты, выбирать в зависимости от мощности транс­форматора по таблице 10.1.

Таблица 10.1

Рекомендуемые значения токов плавких вставок

Sт ном, кВА	25	40	63	100	160	350	400	630
lпв ном, А	3,2	5	8	16	20	32	50	75
Iсз расч	-	-	40	85	110	150	280	420

10.3.3 Проверяется термическая стойкость трансформатора выбранной плавкой вставки /20/.

t _{т доп}  t _пв  5 c, (10.29)

где t_пв — время перегорания плавкой вставки при двухфазном к.з. на шинах 0,4 кВ, t_пв = 0,3 с при I⁽²⁾_К16ВН = 2740/25 = 110 А;

t_{т доп} — допустимое время прохождения тока двухфазного нa шинах 0,4 кВ через трансформатор из условия термической cтойкости.

t_{т доп} = 1500 (I_{т ном}/ I⁽²⁾_К16ВН)² = 1500 · (5,8/110)² = 4,2 с. (10.30)

Выбранная плавкая вставка обеспечивает термическую стойкость трансформатора. Окончательное значение тока плавкой вставки принимается после построения графика согласования защит.

В рассматриваемом примере выбранная плавкая вставка не сог­ласуется с защитой линии Л1, поэтому была заглублена защита трансформатора и принято I_{пв ном}=20А; для нее t_пв=0,5 с при I⁽²⁾_к16=110А, т.е. стойкость трансформатора также обеспечивается.

10.4 Направленная максимальная токовая защита вл 10 кВ

В кольцевых сетях обычная МТЗ не обеспечивает селективного отключения поврежденного участка. Поэтому используют направленную максимальную токовую защиту (НМТЗ). Принципиальная и структурная схемы НМТЗ на постоянном оперативном токе изображены соответственно на рисунках 10.1 и 10.2.

Токи срабатывания защит, действующие в одном направлении, должны быть согласованы по чувствительности. Например, для схемы (рисунок 9.1), токи срабатывания защит должны быть:

I _с.з.1> I_с.з.3> I _c.з.5 > I _с.з.7> I_с.з.9> I _c.з.11 и I _с.з.2> I_с.з.4> I _c.з.6 > I _с.з.8 > I_с.з.10 > I _c.з.12

Рисунок 10.1 Принципиальная схема НМТЗ

Выдержки времени защит выбирают по встречно-ступенчатому принципу. Защиты, действующие в одном направлении, объединяют в группу и в пределах каждой группы выдержки времени выбирают как у обычной МТЗ по ступенчатому принципу. Так, для сети защиты 1, 3, 5, 7, 9, 11 действуют в одном направлении, а защиты 2, 4, 6, 8, 10, 12 – в противоположном. Ступень выдержки времени принимают такой же, как и для МТЗ. Ступень выдержки времени t зависит от типов реле времени, выключателей и их приводов и обычно составляет 0,4 ... 0,6 с.

t .

Анализ действия защит в кольцевых сетях показывает, что не все они должны быть направленными. Если устройства защиты по концам защищаемого участка имеют различную выдержку времени, то защиту с меньшей выдержкой времени выполняют направленной, а с большей – ненаправленной. Если выдержки времени у обеих защит одинаковые, то обе защиты выполняют ненаправленными.

Чувствительность направленной максимальной токовой защиты в общем случае оценивают коэффициентами чувствительности пускового органа и органа направления мощности. Если реле направления мощности РМ-11, РМ-12 включены на полные токи напряжения , то коэффициент чувствительности по току должен быть примерно равен 1,5 и его определяют как для обычной МТЗ, а по мощности не нормируют. Чувствительность реле направленной мощности часто характеризуют «мертвой» зоной - долей длины защищаемого участка, в пределах которого при металлических трехфазных КЗ защита не работает из-за недостаточного напряжения, подводимого к реле.

«Мертвую» зону можно устранить, применив в качестве дополнительной защиты токовую отсечку. Если последняя не устанавливается, например, из - за недостаточной чувствительности, то допускается неселективное отключение смежных участков при коротком замыкании в «мертвой» зоне.

Участок 0 – 8:

Выбираем трансформатор тока:

. (10.31)

Выбираем трансформатор ТПЛ – 10 – 0,5/П, I_Н1 = 50 А.

;

Рисунок 10.2 Структурная схема НМТЗ

На рисунке 10.2 принято:

t11 = 1 c; t2 = t11;

t9 = Δt + t11 = 1 + 1 = 2 c; t4 = t9;

t7 = Δt + t9 = 1 + 2 = 3 c; t6 = t7;

t5 = Δt + t7 = 1 + 3 = 4 c; t8 = t5;

t3 = Δt + t5 = 1 + 4 = 5 c; t10 = t3;

t1 = Δt + t3 = 1 + 5 = 6 c; t12 = t1;

Определяем ток срабатывания защиты

. (10.32)

По таблице 10.1: для S_Т.ном = 160 кВА, I_сз = 110 А.

Принимаем I_сз = 110 А.

Таблица 10.1

Значения тока плавкой вставки и тока срабатывания защиты в зависимости от мощности трансформатора

Sт ном, кВА	25	40	63	100	160	350	400	630
Inв ном, А	3,2	5	8	16	20	32	50	75
Iсз расч, А	-	-	40	85	110	150	280	420

Определяем ток срабатывания реле

. (10.33)

Ток уставки принимаем I_уст = 8 А.

Ток срабатывания защиты действительный

. (10.34)

Определим чувствительность защиты в основной зоне

 1,5. (10.35)

Условие выполняется, следовательно, защита чувствительна и принимается к исполнению.

Т.к. схема защиты с дешунтированием реле РТМ, то проверяем согласование по чувствительности реле РТ – 80 и РТМ.

Ток срабатывания реле должен быть

I_ср  1,2  I_сок, (10.36)

11 А  1,2  5 = 6 А.

Условие выполняется, следовательно, работа отключения катушки будет надежна.

Определяем нагрузку на трансформатор тока при дешунтировании реле РТМ (в этом случае нагрузка на трансформатор тока будет наибольшей) и проверяем трансформатор тока на 10 % погрешность:

S_Н.РТ-80 = 10 ВА;

S_Н.РТМ = 16 ВА.

Определяем сопротивление реле:

; (10.37)

Ом; Ом.

Расчетная кратность первичного тока РТ-80

. (10.38)

По рисунку 10.3 определяем дополнительное сопротивление

z_доп = 3 Ом.

Рисунок 10 .3 Кривые предельных кратностей тока ТЛМ-10:

1и 2- при n_т=50/5…300/5 класса (Р) (1) и класса 0,5(2); 3 и 4- при n_Т=400/5…800/5 класса Р(3) и класса 0,5(4)

Определяем сопротивления соединительных проводов:

; (10.39)

Ом.

Длина соединительных проводов 7м (5м от трансформатора тока до РТ – 80 и 2м от реле к приводу) марки АПВ – 500, минимальная допустимая площадь сечения равняется:

. (10.40)

В соответствии с ПУЭ принимаем наименьшее значение сечения провода F = 2,5 мм².

Тогда

Ом. (10.41)

Найдем вторичную нагрузку на трансформаторы тока:

Ом. (10.42)

По рисунку 9.3 принимаем К_доп = 10%.

Участок 8 – 6:

Выбираем трансформатор тока

.

Выбираем трансформатор ТПЛУ-10-0,5/Р, I_Н1 = 50 А.

.

Определяем ток срабатывания защиты:

• ;

• По таблице 9.1 для S_Т.ном = 100 кВА, I_сз = 85 А;

• .

Принимаем I_сз = 154,2 А.

Определяем ток срабатывания реле

.

Принимаем ток уставки I_уст = 10 А.

Определяем действительный ток срабатывания защиты

.

Определяем чувствительность защиты в основной зоне

 1,5.

Условие выполняется, следовательно, защита чувствительна и принимается к исполнению.

Т.к. схема защиты с дешунтированием реле РТМ, то проверяем согласование по чувствительности реле РТ – 80 и РТМ.

Ток срабатывания реле должен быть

I_ср  1,2  I_сок ,

15,42 А  1,2  5 = 6 А.

Условие выполняется, следовательно, работа отключения катушки будет надежна.

Проверяем отключающую способность контактов РТ – 80

. (10.44)

Определяем нагрузку на трансформатор тока при дешунтировании реле РТМ (в этом случае нагрузка на трансформатор тока будет наибольшей) и проверяем трансформатор тока на 10 % погрешность:

S_Н.РТ-80 = 10 ВА;

S_Н.РТМ = 16 ВА.

Определяем сопротивление реле:

;

Ом; Ом.

Расчетная кратность первичного тока РТ-80 равна

.

По рисунку 10.3 определяем допустимое сопротивление

z_доп = 2 Ом.

Определяем сопротивления соединительных проводов:

;

Ом.

Длина соединительных проводов 7м (5м от трансформатора тока до РТ – 80 и 2м от реле к приводу) марки АПВ – 500, минимальная допустимая площадь сечения равна

.

В соответствии с ПУЭ принимаем наименьшее значение сечения провода F = 2,5 мм².

Тогда

Ом.

Вторичная нагрузка на трансформаторы тока

Ом.

По рисунку 9.3 принимаем К_доп = 10% .

Остальные участки рассчитываются аналогично и результаты сводятся в таблицу 10.2, отдельно для четной и нечетной последовательности выключателей.

Таблица 10.2

Результаты расчета НМТЗ

Выклю­чатель	Iр.max, А	Iн1, А	Iн2, А	Кт	St.ном, кВА	Iс.р, А	Iсзд	Iу, А	Iктmin, А	Кч	Tу, с