16.5. Примеры расчёта защиты трансформатора напряжением 10/0,4 кВ

Пример 1. Провести расчет устройства защиты Sepam, устанавливаемого на стороне высшего напряжения трансформатора ТСЛ-1250 кВА двухтрансформаторной подстанции (рис. 16.10).

Исходные данные:

– Токи КЗ в точке А на стороне НН: ; ; .

– Токи КЗ в точке Б на стороне ВН: ; .

– Номинальная мощность трансформатора ТСЛ-1250 кВА. Он имеет сухую изоляцию, не допускает длительных перегрузок, как у трансформаторов с масляным охлаждением. Для сухих трансформаторов коэффициент загрузки в послеаварийном режиме работы ТП принимается равным К_З.П = 1,0, в нормальном режиме – К_З.Н = 0,5. Рабочий максимальный ток нагрузки на стороне НН принят равным номинальному току трансформатора Т1 . Коэффициент самозапуска К_СЗП = 2,2.

На рис. 16.10 показана организация релейной защиты трансформаторной подстанции со стороны ВН. Здесь приведена принципиальная электрическая схема силового трансформатора Т1 напряжением 10/0,4 кВ. Со стороны ВН установлены выключатель Q1, три фазных трансформатора тока ТА и устройство защиты Sepam – блок Т20. Входы блока Т20 соединены с трансформаторами тока ТА для получения информации о токах, протекающих по стороне высшего напряжения силового трансформатора Т1. Выходы блока Т20 связаны с электромагнитом отключения выключателя Q1. Со стороны НН установлены вводные автоматические выключатели QF1 типа Masterpact NW20H1. На схеме показаны нагрузочные токи со стороны НН ( ) и ВН ( , ), ток намагничивания IНАМ, максимальные и минимальные токи КЗ на стороне НН ( ,

Рис. 16.10. Организация защиты трансформатора напряжением 10/0,4 кВ на стороне ВН

) и на стороне ВН ( ).

Максимально токовая защита блока Т20 (функция 51, код ANSI), реализующая защиту от перегрузки, селективную токовую отсечку и мгновенную токовую отсечку, должна быть согласована с защитными время-токовыми характеристиками микропроцессорного расцепителя Micrologic 5.0 A автоматического выключателя QF1, которые приведены в табл. 16.2. Для каждого тока выключателя QF1 указаны два значения – в знаменателе – рассчитанные для сети 380 В, а в числителе – приведенные к напряжению 10 кВ. Приведение токов со стороны НН к стороне ВН осуществлено по формуле

,

(16.9)

где К_ТН – коэффициент трансформации силового трансформатора. Для трансформатора напряжением 10/0,4 кВ коэффициент равен К_Т.Н = 25, а напряжением 6/0,4 кВ – К_Т.Н = 15.

При проведении расчетов введем обозначения:

– ВТХ выключателя QF1 все расчетные параметры (уставки по току и времени) обозначим индексом А. Этой же буквой будем обозначать характерную точку ВТХ, где необходимо учитывать согласование с вышестоящими защитами.

– Аналогично индексом Б обозначим параметры защиты на стороне ВН трансформатора Т1.

1. Защита от перегрузки.

Для реализации этой защиты используем типовые ВТХ с зависимой от тока выдержкой времени (см. раздел 15), чтобы они максимально приближались к аналогичным ВТХ выключателя QF1.

Тогда ток срабатывания защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора выбирается наибольшим из следующих условий:

1.1. Ток срабатывания защиты от перегрузки должен быть отстроен от максимального рабочего тока трансформатора на стороне ВН (см. выражение 16.1)

где К_Н.О = 1,05 – коэффициент надежности отключения; К_В = 0,935 – коэффициент возврата.

1.2. Поскольку токи и равны друг другу, то уставка тока защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора должна быть отстроена от защиты от перегрузки выключателя QF1 (см. выражение 16.2)

где К_Н.СОГЛ = 1,3 – коэффициент надежности согласования с нижестоящей защитой.

Таблица 16.2

Параметры автоматических выключателей, защищающих ТП

Место установки защиты

Выключатель, тип, расцепитель

IРАБ.МАКС, А/А

In, А/А

Защита от перегрузки

Ir, А/А

t, c Ind, А/А о.е.

t, c Id, А/А о.е.

tr, с I, А/кА о.е.

Время срабатывания Δtr, с при значениях тока, А/кА, отнесенного к току Ir

, А/кА

Выключатель на стороне 10 кВ

Q1

72,16

–

95

–

–

5,4 950 10

–

–

–

672 16,8

8,17

Вводной выключатель на стороне 0,4 кВ

QF1 Masterpact NW20H1, Micrologic 5.0 A

72,16 1804

80 2000

72 1800

10000 75,6 1890 1,05

10000 86,4 2160 1,2

4 с 432 10,8 6

70–100 108 2,7 1,5∙Ir

3,2–4 432 10,8 6∙Ir

2,16–2,7 648 12,96 7,2∙Ir

–

–

Продолжение табл. 16.2

Место установки защиты

Селективная токовая отсечка

Мгновенная токовая отсечка

КСЗП

IПИК, А/кА

Isd, А/кА

ΔIsd, А/кА

tsd, с

Δtsd, с

, А/кА

КЧ.СО

Ii, А/кА

ΔIi, А/кА

, А/кА

КЧ.МО

, А/кА

Icu, кА

Выключатель на стороне 10 кВ

2,2

158,8

258

–

0,6

–

672 16,8

3,0

946

–

5,06

5,35

7230

–

Вводной выключатель на стороне 0,4 кВ

2,2

158,8 3,969

180 4,5

162–198 4,05–4,95

0,3

0,23 0,32

–

–

480 12,0

432–528 10,8–13,2

–

–

822 20,55

100

Примечания: – минимальный ток КЗ в конце зоны действия защиты от перегрузки и селективной токовой отсечки; – минимальный ток КЗ в месте установки защиты, необходимый для проверки чувствительности МТО

Примечание. Величина коэффициента К_Н.СОГЛ = 1,3 (или 130 % тока срабатывания предыдущей защиты) принята исходя из того, что точность срабатывания микропроцессорного расцепителя Micrologic 5.0 A составляет 20 %, блока Т20 – 1–3 %. Таким образом, между время-токовыми характеристиками защит разных уровней останется запас величиной не менее 7 %. Некоторые расцепители, устанавливаемых в выключателях на меньшие номинальные токи, имеют точность срабатывания до 30 %. Соответственно, нужно увеличить величину коэффициента К_Н.СОГЛ до 1,4.

1.3. Сделаем дополнительную проверку на согласование с нижестоящей защитой (см. выражение 16.3), поскольку известно максимальное значение тока срабатывания (с учетом разброса характеристик) защиты от перегрузки выключателя QF1 (см. таблицу 16.2 и рис. 16.11)

.

Ток срабатывания I_r.Q1 должен превышать с запасом значение тока I_d на величину погрешности защиты, устанавливаемой на стороне ВН. Погрешность работы устройств защиты Sepam составляет не более 1–3 %. Возьмём 10 %-й запас, т.е.

Из трёх значений, определённых по пунктам 1.1, 1.2, 1.3, выбираем в качестве уставки тока защиты от перегрузки наибольшее значение I_S = I_r.Q1 = 95 А.

Ближайшее приближение ВТХ защиты от перегрузки выключателя Q1 к ВТХ защиты выключателя QF1 возможно в двух точках А и А' (см. рис. 16.11). Сначала рассмотрим прохождение ВТХ выключателя Q1 вблизи точки А.

ВТХ защиты от перегрузки выключателя Q1 должна пройти через точку Б, отстоящую от точки А на ступень селективности Δt = 0,3 с. Координаты точки А равны I^А = 198 А/4,95 кА (максимальное значение тока срабатывания селективной токовой отсечки выключателя QF1) и t^А = 17 с (см. табл. 16.2). Следовательно, координаты точки Б будут

t^Б = t^А + Δt = 17 + 0,3 = 17,3 с; I^Б = I^А = 198 А

или кратность тока (отношение к току срабатывания защиты I_S = I_r.Q1) в точке Б будет равна

Терминалы Sepam имеют несколько типов кривых отключения, определяемых с помощью уравнений и установленных в соответствии со стандартами различных организаций, например, кривые МЭК (см. раздел 15, рис. 15.21):

SIT – обратно зависимая выдержка (standard inverse time);

VIT – очень обратно зависимая выдержка (very inverse time);

EIT – чрезвычайно обратно зависимая выдержка (extremely inverse time).

Сначала выбираем рекомендуемый тип кривой SIT – самую пологую характеристику, для которой коэффициенты аппроксимации равны α = 0,02 и К = 0,14 (табл. 15.8).

Рис. 16.11. Карта селективности защиты силового трансформатора напряжением 10/0,4 кВ мощностью 1250 кВА

Используя выражение (15.6), рассчитываем коэффициент для кривой, проходящей через точку Б

Теперь, используя выражение (15.7)

рассчитаем несколько точек кривой , проходящей через точку Б. Для кратности тока получим

Остальные расчеты сведены в табл. 16.3.

Таблица 16.3

Время-токовая характеристика защиты от перегрузки,

установленной на выключателе Q1

Тип кривой	К	α	IS=Ir.Q1, А	tБ, с	, А		, с, при разных , о.е/А
							1,1 104,5	1,2 114	1,5 142,5	2,08 198	5 475	10 950	5,56 528
SIT	0,14	0,02	95	17,3	2,08	1,82	133	69,8	31,3	17,3	7,8	5,4	6,2

Наносим полученную ВТХ SIT на карту селективности (рис. 16.11). Видим, что она не пересекается с защитными время-токовыми характеристиками автоматического выключателя QF1, что говорит о выполнении условий селективности между защитами от перегрузки, установленных на сторонах НН и ВН силового трансформатора Т1.

Далее проверим выполнение условия селективности в точке А' (угол пересечения ВТХ селективной токовой отсечки и мгновенной токовой отсечки автоматического выключателя QF1 – см. рис. 16.11) с полученной кривой SIT. Время срабатывания селективной токовой отсечки в этой точке равно t^А' = 0,32 с. Рассчитаем время срабатывания защиты от перегрузок, реализуемой с помощью кривой SIT, при токе I^А' = 528 А/13,2 кА (максимальном значении тока срабатывания мгновенной токовой отсечки выключателя QF1, см. табл. 16.2) или относительном его значении (кратности) токе

что значительно больше времени срабатывания защиты выключателя QF1 в точке А' – t^А' = 0,32 с, т.е. условие селективности соблюдается и для этой точки. Значение определенного времени запишем в последней колонке табл. 16.3.

Окончательно для реализации защиты от перегрузки на стороне ВН трансформатора Т1 выбираем зависимую от тока характеристику SIT.

1.4. Проверим чувствительность защиты от перегрузки, как резервной защиты. Она должна быть чувствительна к токам двухфазного и однофазного КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора Т1 в минимальном режиме работы сети. Учитывая, что ток двухфазного КЗ меньше тока однофазного КЗ, рассмотрим определение коэффициента чувствительности к току двухфазного КЗ.

При использовании трёхфазной схемы соединения трансформаторов тока и измерительных органов блока Т20 в полную звезду и при схеме соединения обмоток Δ/Y_Н-11 силового трансформатора Т1 коэффициент чувствительности для двухфазного КЗ на стороне НН трансформатора Т1 можно записать (см. табл. 16.1 и выражение 16.4)

Следовательно, защита от перегрузки имеет достаточную чувствительность к минимальному току двухфазного КЗ на сборных шинах 0,4 кВ ТП.