Проектирование систем электроснабжения сельскохозяйственного назначения (стр. 11 из 13)
Защита линий 10 кВ сельскохозяйственных районов выполняется в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» от многофазных к. з. и от однофазных замыканий на землю.
Линии 10 кВ в сельской местности обычно выполняются одиночными и имеют одностороннее питание. Для защиты таких линий от многофазных к. з. должна устанавливаться двухступенчатая токовая защита, первая ступень которой выполнена в виде токовой отсечки, а вторая — в виде максимальной токовой защиты с зависимой или с независимой характеристикой выдержки времени. В большинстве случаев применяются защиты с зависимой характеристикой выдержки времени, поскольку на подстанциях с переменным оперативным током их выполнение проще и дешевле, чем защит с независимой характеристикой. Особенно просты и дешевы защиты с реле прямого действия, встроенными в привод выключателя 10 кВ, например типа РТВ. Зависимая характеристика выдержки времени позволяет выбирать, как правило, меньший ток срабатывания защиты по условию согласования (селективности) с плавкими предохранителями питаемых трансформаторов.
Максимальной токовой защитой (МТЗ) высоковольтных линий называют такую защиту, которая приходит в действие при возрастании тока до определенного значения в защищаемой линии в случае КЗ или перегрузки; при этом время срабатывания МТЗ одно и то же независимо от величины тока ненормального режима. Это время определяется уставкой реле времени. МТЗ, выполняемая с помощью токовых и вспомогательных реле, нашла наибольшее распространение для защиты высоковольтных линий как в качестве основной, так и дополнительной. Эта защита является одной из наиболее простых, дешевых и надежных в работе. Ее применяют для сетей с большим током замыкания на землю в трехфазном, а для сетей с малым током замыкания - в двухфазном исполнении.
РЗ должна отвечать следующим требованиям [29]:
1) избирательность действия (селективность), тоесть отключение только поврежденного участка сети выключателем, расположенного ближе всего к месту повреждения;
2) необходимая скорость действия, которая обеспечивает бесперебойность электроснабжения неповрежденных участков, уменьшая опасность аварийных токов для оборудования и улучшаетусловия устойчивой параллельной работы генераторов;
3) высокая чувствительность защиты, которая обеспечивает реакцию реле в начале выключения аварийного или ненормального режима, когда действие тока КЗ еще не привела к повреждению электрической аппаратуры и токопроводов;
4) высокая надежность работы защиты, которая практически исключает ошибочность действия РЗ или отказов в работе.
7.2 Расчет релейной защиты
Выберем аппаратуру для защиты линий и трансформаторов. По мощности трансформаторов из [30] выбираем номинальный ток плавкой вставки, затем из [4] выбираем марки предохранителей. Выбранные марки предохранителей в соответствии с трансформаторами заносим в таблицу 7.1.
Таблица 7.1 – Выбранные марки предохранителей
| Марка трансформатора | Марка предохранителей | Номинальный ток, А |
| ТМ-25/10У1 | ПКТ101-10-5-31,5УЗ | 5 |
| ТМ-40/10У1 | ПКТ101-10-8-31,5УЗ | 8 |
| ТМ-63/10У1 | ПКТ101-10-10-31,5УЗ | 10 |
| ТМ-100/10У1 | ПКТ101-10-16-31,5УЗ | 16 |
| ТМ-160/10У1 | ПКТ101-10-20-31,5УЗ | 20 |
| ТМ-250/10У1 | ПКТ102-10-40-31,5УЗ | 40 |
| ТМ-400/10У1 | ПКТ102-10-50-31,5УЗ | 50 |
Для защиты линий 10 кВ устанавливаем МТЗ, выполненную по двухрелейной схеме с реле прямого действия типа УЗА-АТ.
Рассчитаем ток срабатывания МТЗ линии по выражению:
А, (7.1)где
– коэффициент надежности, обеспечивающий надёжное несрабатывание защиты путём учёта погрешности реле с необходимым запасом, для реле типа УЗА-АТ принимаем 
; 
– коэффициент самозапуска, зависящий от характера нагрузки, схемы и параметров питающей сети, принимаем равным 1,25; 
– коэффициент возврата реле, для УЗА-АТ принимаем равным 0,8; 
– максимальный рабочий ток на линии, А.Максимальный рабочий ток рассчитывается по формуле:
А. (7.2)Расчета рассмотрим на примере трансформатора №1 ТП-15 и отходящего от него участка №1 линии 9-8-5. Коэффициенты чувствительности основной и резервной зоны для защит трансформаторов и участков линии 9-8-5.
Для защиты этого трансформатора максимальный рабочий ток имеет следующее значение:
А.Ток срабатывания МТЗ:
А.По току срабатывания защиты выбираем трансформатор тока марки ТОЛ‑10‑1 с номинальным током срабатывания
А и коэффициентом трансформации 
.Вычислим ток срабатывания реле УЗА-АТ с учетом коэффициента трансформации по выражению:
А, (7.3)где
– коэффициент схемы, равный 1 так как наши трансформаторы тока соединены по схеме полная звезда.
Тогда ток срабатывания реле:
А.Выбираем уставку реле равную 4,163 А, согласно [30].
Проверим чувствительность защиты. Коэффициент чувствительности при КЗ в основной и резервной зонах действия защиты в соответствии с формулой:
(7.4)Для первого участка линии основной защитой является МТЗ на ПС и она является резервной для предохранителя на ТП-15. Тогда коэффициенты чувствительности имеют следующие значения:
– основной защиты:
;– резервной зоне:
.Из [15] известно что для основной зоны
должен быть больше или равно 1,5, а для резервной зоны 
больше либо равно 1,2. В нашем случае 
и 
, следовательно чувствительность для обоих зон удовлетворяется.Для всех остальных линий коэффициенты чувствительности рассчитываются аналогично. Полученные значения сводятся в таблицу 7.2.
Таблица 7.2 – Коэффициенты чувствительности
| Точки КЗ | | |
| 1 | 2 | 3 |
| К1 | 10,59 | 3,1 |
| К2 | 3,1 | 1,7 |
| К3 | 2,06 | 1,6 |
| К4 | 10,56 | 2,06 |
| К5 | 2,2 | 1,8 |
| К6 | 10,56 | 2,2 |
| К7 | 10,56 | 3,06 |
| К8 | 3,06 | 1,4 |
| К9 | 10,56 | 4,68 |
| К10 | 4,68 | 1,55 |
| К11 | 10,56 | 5,69 |
| К12 | 5,69 | 1,3 |
Время срабатывания и характеристика реле УЗА–АТ выбираем по условиям согласования по току и времени с параметрами защитных характеристик устройств предыдущих элементов. Предыдущим расчетным элементом является трансформатор — 250 кВА. Его защита осуществляется плавкими предохранителями.
Для защиты силовых трансформаторов 250 кВА выбираем, согласно [15] предохранители с номинальным напряжением 10 кВ, номинальным током
А и номинальным током отключения 
кА. Условное обозначение выбранного предохранителя имеет вид: ПКТ102–10–40–31,5У3.На карте селективности (приложение ) в осях ток — время строится типовая защитная времятоковая характеристика плавления этого предохранителя, представляющая зависимость преддугового времени или времени плавления плавкого элемента от начала КЗ до момента возникновения дуги (tПЛ) от действующего значения периодической составляющей ожидаемого тока КЗ.
Подбирается характеристика максимальной защиты линии (реле УЗА–АТ) исходя из следующих условий:
а) ток срабатывания защиты должен быть не менее чем на 10 % больше тока плавления вставки предохранителя, соответствующего времени действия защиты в начальной части характеристики;
б) ступень селективности 0,5—0,7 с между характеристиками защиты и предохранителя желательно обеспечивать при всех возможных значениях тока короткого замыкания [32];
в) ступень селективности между защитой питающего трансформатора и защитой КЛ 10 кВ должна быть примерно 0,7 с при максимальном токе КЗ в начале линии;