Р асчет продольной дифференциальной защиты трансформатора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

 

 

По дисциплине «Релейная защита электроэнергетических систем»

На тему Исследование дифференциальной защиты трансформаторов

с РНТ-565

Специальность 5В071800 Электроэнергетика

Выполнили: Жамаш А.Е. Группа Эк-15-5

Принял: асс. Жагыпаров Е. Н.

 

_____________ «___»____________2018__г.

 

 

\

 

Алматы, 2018

 

Лабораторная работа №3. Исследование дифференциальной защиты трансформаторов с РНТ-565

 

Цель работы: ознакомиться с основными требованиями, предъявляемыми к продольной дифференциальной токовой защите трансформаторов, реле РНТ-565. Изучить принцип действия, схемы выполнения и методы расчета продольных дифференциальных защит трансформаторов и исследовать режим её работы при внутренних и внешних повреждениях.

 

Описание стенда

 

Общий вид стенда представлен на рисунке 3.1. На лицевой панели стенда представлена мнемоническая схема защищаемого трансформатора, установлены два реле РНТ-565, амперметры, кнопки и ключи управления; выведены клеммы вторичных обмоток трансформаторов тока, обмоток реле и амперметра. Питание на стенд ~220 В подаётся включением автомата SF. Кнопкой SB1 включается выключатель Q, загорается сигнальная лампа HLG.

 

 

 

Рисунок 3.1 – Общий вид стенда

 

Короткие замыкания в точках К1 и К2 (внутреннее и внешнее КЗ) производится в следующем порядке: тумблерами S1-3 устанавливают вид КЗ (двух или трехфазное КЗ), ключом SA выбирают место КЗ и нажимают кнопку SB2 управления контактором КЗ, при этом загорается сигнальная лампа HLR. Время КЗ ограничивается автоматически в течение 3-5 секунд.

Модель защищаемого трансформатора установлена за стендом и имеет следующие технические данные:

S_{ном тр}=1,5 кВА; U_1НY=220 В; U_2НD=77 В.

Схема соединения обмоток Y/D-11.

 

Трансформаторы тока имеют коэффициенты трансформации: со

стороны звезды: К_т1=10/5=2; со стороны треугольника: К_т2=20/5=4.

 

В н и м а н и е! Переключать тумблеры S1-3 и ключ управления SA в процессе КЗ запрещается. Включать стенд под напряжение разрешается только после проверки схемы преподавателем или учебным мастером.

 

Задание

 

1 Изучить теоретические сведения и основные требования, предъявляемые к продольной дифференциальной защите трансформаторов.

 

2 Познакомиться с устройством стенда, расположением и назначением аппаратов, приборов измерения и реле, необходимых для выполнения работы.

 

3 Ознакомиться с конструкцией реле РНТ-565 и схемами их включения.

 

4 Измерить токи КЗ при всех видах внешних и внутренних коротких замыканий в точках К1 и К2.

     5 Рассчитать уставки реле РНТ-565 дифференциальной защиты модельного трансформатора.

 

6 Собрать схему ( рисунки 3.2, 3.3), установить расчетные уставки на реле РНТ-565 и исследовать работу дифференциальной защиты при КЗ в точках К1 и К2 и сделать вывод.

 

       

    

 

                            

                                  

                                 

Рисунок 3.1   Схема соединения РНТ-565

 

Р асчет продольной дифференциальной защиты трансформатора

К.З.	А1	А2	А3
АBC	14	14	14
AB	12	12	0
BC	12	0	12
AC	0	12	12

 

 

 

 

                  Рисунок 3.2 – Схема включения амперметров

 

      По схеме находим токи к.з для фазы ABC, АВ, ВС, АС

K_TU = U1 / U2 = I1 / I2 = w1 / w2  по этой формуле находим :

 

Ток КЗ в максимальном режиме, приведенный к 220 кВ:

Imax(220) =39.7

Ток КЗ в минимальном режиме, приведенный к 220 кВ:

Imin(220) =31.4

 

Расчет приведен для дифференциальной защиты трансформатора Т1. Исходные данные: Т1: S_НОМ.ТР. = ВА; схема соединения обмоток

 

U/D.

 

Расчет токов короткого замыкания.

 

Для расчета РЗ необходимо рассчитать ток К.З. (точка К.З. за трансформатором на стороне 10 кВ), приведенный к стороне 10 кВ и 110 кВ.

Ток КЗ в максимальном режиме, приведенный к 77 кВ:

I_КЗ.МАХ⁷⁷ = 14 А.

Ток КЗ в максимальном режиме, приведенный к 220 кВ:

I_КЗ.МАХ²²⁰ = 40 А.

Ток КЗ в минимальном режиме, приведенный к 77 кВ:

I_КЗ.MIN⁷⁷ =12 А.

Ток КЗ в минимальном режиме, приведенный к 220 кВ:

I_КЗ.MIN²²⁰ = 34.2 А.

Примечание.

Все расчетные данные приведены с лабораторных данных.

Расчет номинальных параметров.

Номинальный  первичный   ток    высокой    стороны   (220    кВ)

трансформатора Т1:

I_ВН.НОМ = S_НОМ.ТР. / (Ö3 ´ U_ВН.НОМ) = 1500 / (Ö3 ´ 220) = 4 А.

 

Номинальный первичный ток низкой стороны (10 кВ) трансформатораТ1:

 

I_НН.НОМ = S_НОМ.ТР. / (Ö3 ´ U_НН.НОМ) = 1500 / (Ö3 ´ 77) = 14.4 А.

 

Выбираются коэффициенты трансформации трансформаторов тока, рекомендуется выбирать их значения в 1,5 – 2 раза больше:

- со стороны высокого напряжения – I_ВН.НОМ =4 А, следовательно n_ВН.ТА

 

=10/5;

- со стороны низкого напряжения – I_НН.НОМ =14.4 А, следовательно n_НН.ТА =20/5.

Схема соединения обмоток трансформатора Т1 – U/D. Для выравнивания вторичных токов по фазе принимаем схему соединения трансформаторов тока со стороны высокого напряжения – D, а со стороны

низкого – U. Коэффициенты схемы: К_ВН.СХ = Ö3, К_НН.СХ = 1.

Номинальные вторичные токи:

i_ВН.НОМ = I_ВН.НОМ ´ К_ВН.СХ / n_ВН.ТА = 3.936 ´ Ö3 / 2 = 3.4 А;

i_НН.НОМ = I_НН.НОМ ´ К_НН.СХ / n_НН.ТА = 14.4 ´ 1 / 4 = 3.6 А.

 

      Выбирается основная сторона вторичных токовых цепей с наибольшим номинальным током: основная сторона – сторона высокого напряжения, так как

                                        3.6>3.4.

Предварительный ток срабатывания защиты с дифференциальным реле РНТ-565.

 

Первое условие – отстройка от броска тока намагничивания:

 

I_СЗ = К_Н ´ I^ОСН_НОМ = 1,5 ´14.4 = 21.6 А ,

 где К_Н = 1,5 – коэффициент надежности;

I^ОСН_НОМ – номинальный первичный ток основной стороны.

Второе условие – отстройка от тока небаланса:

 

I_СЗ = К_Н ´ I_НБ ,

 

где К_Н = 1,3 – коэффициент надежности; I_НБ – ток небаланса.

 

I_НБ = I^/_НБ + I^//_НБ ,

 

где I^/_НБ – составляющая тока небаланса, вызванная погрешностью трансформаторов тока;

I^//_НБ – составляющая тока небаланса, вызванная работой РПН.

 

I^/_НБ = e ´ К_А ´ К_ОДН ´ I^ОСН_КЗ.МАХ = 0,1 ´ 1 ´ 1 ´ 14.4 = 1.4 А ,

 

где e = 0,1 – погрешность трансформаторов тока;

К_А = 1 – коэффициент апериодической составляющей;

К_ОДН = 1 – коэффициент однотипности трансформаторов тока;

 

I^ОСН_КЗ.МАХ = I_КЗ.МАХ¹¹⁰ – максимальный ток К.З., приведенный к основной стороне.

I^//_НБ = DU_РПН ´ I^ОСН_КЗ.МАХ = 0,16 ´ 14 = 2.24 А ,

 

где DU_РПН = 0,16 – полдиапазона регулирования РПН.

 

I_НБ = I^/_НБ + I^//_НБ = 2.24 +1.4 = 3.64 А.

I_СЗ = К_Н ´ I_НБ = 1,3 ´ 3.64 = 4.7 А.

 

Из двух условий выбираем наибольший ток:

 

4.7< 21.6 ;

I_СЗ = 13.41 А.

 

Предварительная проверка чувствительности.

 

Коэффициент чувствительности:

 

КЧ = iР.MIN / iС.Р. ,

 

где i_Р.MIN – ток в реле при 2-х фазном К.З. за трансформатором Т1 при минимальном режиме;

i_С.Р. – ток срабатывания реле.

 

i_Р.MIN = 0,87 ´ I_КЗ.MIN^ОСН ´ К_СХ^ОСН / n_ТА^ОСН = 0,87 ´ 12 ´ Ö3 / 4 = 2.64 А,

 

где I_КЗ.MIN^ОСН = I_КЗ.MIN¹¹⁰ – минимальный ток К.З., приведенный к основной стороне.

i_С.Р. = I_СЗ ´ К_СХ^ОСН / n_ТА^ОСН = 21.6 ´ 1 / 4= 5.4 А.

К_Ч = i_Р.MIN / i_С.Р. = 2.64 / 5.4 = 0.48.

 

В соответствии с ПУЭ требуется обеспечить наименьший коэффициент чувствительности не менее 2. Допускается снижение требуемой чувствитель-ности до 1,5 если это связано со значительным усложнением защиты и мощности трансформатора менее 80 МВА.

 

Соответственно требуемая чувствительность обеспечивается.

 

Определение числа витков обмоток реле РНТ-565.

 

Расчетное количество витков обмотки, подключенной к основной стороне защиты

W_{ОСН.РАСЧ.} = F_С.Р. / i_С.Р. = 100 / 5.4 = 18.51 витков,

 

где F_С.Р. = 100 ± 5 Ампер´витков – намагничивающая сила срабатывания

 

реле.

 

Полученное значение округляем до ближайшего меньшего числа. Принятое количество витков обмотки, подключенной к основной

 

стороне защиты:

W_ОСН. = 18 витков.

Расчетное количество витков обмотки, подключенной к неосновной стороне защиты:

W_{НЕОСН.РАСЧ.} = W_ОСН. ´ i^ОСН_НОМ / i^НЕОСН_НОМ = 18 ´ 3,6 / 3,4 = 19,06витков,

 

где i^ОСН_НОМ = i^В_НОМ = 3.6 А – номинальный вторичный ток основной стороны;

 

i^НЕОСН_НОМ = i^Н_НОМ = 3,4 А – номинальный вторичный ток неосновной стороны.

 

Округляем полученное число и получаем принятое количество витков обмотки, подключенной к неосновной стороне защиты:

 

W_НЕОСН = 19 витков.

 

Уточняем ток небаланса. Составляющая тока небаланса, вызванная разностью расчетных и принятых витков обмоток реле:

 

I^///_НБ = (W_{НЕОСН.РАСЧ.} – W_НЕОСН.) ´ I^ОСН_КЗ.МАХ / W_{НЕОСН.РАСЧ.} =

= (19,06 – 19) ´ 14 / 19,06 = 0,044 А.

 

Если получается отрицательное число, то берется модуль числа:

 

I^///_НБ = 0,044 А.

Полный ток небаланса:

 

I_НБ = I^/_НБ + I^//_НБ + I^///_НБ = 1,4 + 2,24 + 0,044= 3,68 А.

 

Уточняем ток срабатывания защиты:

 

I_СЗ = К_Н ´ I_НБ = 1,3 ´ 3,68 =4.79 А.

 

Сравниваем уточненный ток срабатывания защиты с его предыдущим значением:

 

21.65> 4.79.

Ток срабатывания не увеличился, поэтому переходим к окончательной проверке чувствительности. Проверка чувствительности защиты.

 

Коэффициент чувствительности:

КЧ = iР.MIN / iС.Р ;

 

i_Р.MIN = 0,87 ´ I_КЗ.MIN^ОСН ´ К_СХ^ОСН / n_ТА^ОСН = 0,87 ´ 12 ´ 1 / 4 = 2.61 А ;

i_С.Р. = F_С.Р. / W_ОСН = 100 / 18 = 5.55 А ;

К_Ч = 2.61 / 5.55= 0.47

Чувствительность неудовлетворительная.

 

Расчет количества витков дифференциальной и уравнительной обмоток реле РНТ-565.

 

Число витков дифференциальной обмотки:

 

W_ДИФ = W_ОСН = 18 витка.

 

Число витков уравнительной обмотки:

 

W_УР = W_НЕОСН – W_ОСН =19 –18 = 1 виток.

 

 

Заключение

Я ознакомилась с основными требованиями, предъявляемыми к продольной дифференциальной токовой защите трансформаторов, реле РНТ-565. Изучила принцип действия, схемы выполнения и методы расчета продольных дифференциальных защит трансформаторов и исследовала режим её работы при внутренних и внешних повреждениях.

 

 

Список литературы

1. Чернобровов Н. В., Семенов В. А. Релейная защита энергетических систем: Учебное пособие для техникумов. – М.1998 – 800 с

2. М.В.Башкиров, М.А.Тергеусизова. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ. Методические указания к выполнению лабораторных работ для студентов всех форм обучения специальности 5В071800 – Электроэнергетика