Релейная защита в системах электроснабжения напряжением 0,38-110 кВ
Покупка
Новинка
Основная коллекция
Тематика:
Электроэнергетика. Электротехника
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Ершов Александр Михайлович
Год издания: 2024
Кол-во страниц: 608
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-2172-0
Артикул: 744324.04.99
Рассмотрены назначение релейной защиты систем электроснабжения, её элементы, функциональные части. Приведены примеры расчёта токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением 0,38-6-10-110 кВ, а также принципы построения электрических сетей и режимы нейтрали. Для специалистов проектных организаций, инженерно-технических работников электросетевых предприятий, преподавателей и студентов высших учебных заведений электроэнергетического профиля. Может служить практическим пособием при выполнении расчётов параметров защит при проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 13.03.02: Электроэнергетика и электротехника
- ВО - Магистратура
- 13.04.02: Электроэнергетика и электротехника
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
А. М. Ершов РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38-110 кВ Учебное пособие для практических расчётов 3-е издание, переработанное Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2024
УДК 621.316.925.1 ББК 31.27-05 Е80 Ершов, А. М. Е80 Релейная защита в системах электроснабжения напряжением 0,38-110 кВ : учебное пособие для практических расчётов / А. М. Ершов. - 3-е изд., перераб. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. - 608 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-2172-0 Рассмотрены назначение релейной защиты систем электроснабжения, её элементы, функциональные части. Приведены примеры расчёта токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением 0,38-6-10-110 кВ, а также принципы построения электрических сетей и режимы нейтрали. Для специалистов проектных организаций, инженерно-технических работников электросетевых предприятий, преподавателей и студентов высших учебных заведений электроэнергетического профиля. Может служить практическим пособием при выполнении расчётов параметров защит при проектировании систем электроснабжения промышленных предприятий, городов и сельского хозяйства. УДК 621.316.925.1 ББК 31.27-05 ISBN 978-5-9729-2172-0 Ершов А. М., 2024 Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024
ОГЛАВЛЕНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ................................................................................................. 1. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ..................... 1.1. Назначение релейной защиты ................................................................ 1.2. Элементы, функциональные части и органы устройств релейной защиты .......................................................................... 2. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ И РЕЖИМЫ НЕЙТРАЛИ .................................................................................. 2.1. Принципы построения электрических сетей ........................................ 2.2. Режимы нейтрали электрических сетей ................................................ 2.2.1. Пять способов заземления нейтрали ............................................... 2.2.2. Критерии выбора режима нейтрали ................................................ 2.2.3. Электрическая сеть с изолированной нейтралью .......................... 2.2.4. Электрическая сеть с резистивным зазёмлением нейтрали ......... 2.2.5. Электрическая сеть с компенсированной нейтралью ................... 2.2.6. Электрическая сеть с глухо зазёмленной нейтралью .................... 2.2.7. Электрическая сеть с эффективно заземлённой нейтралью ......... 2.2.8. Заключение ........................................................................................ 3. ТОКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ............................................................ 3.1. Виды коротких замыканий ..................................................................... 3.2. Короткие замыкания на выводах низшего напряжения понижающего трансформатора ..................................................................... 4. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 0,38-6-10-110 кВ ................................................. 4.1. Особенности расчётов токов короткого замыкания для релейной защиты в электрических сетях напряжением выше 1 кВ ........................... 4.1.1. Схемы замещения трансформаторов .............................................. 4.1.2. Особенности определения сопротивления трансформатора с РПН ............................................................................... 4.1.3. Расчёты токов трёхфазного короткого замыкания ........................ 4.2. Пример расчёта токов КЗ в электрических сетях напряжением выше 1 кВ ........................................................................................................ 4.2.1. Исходные данные .............................................................................. 4.2.2. Расчёт сопротивлений элементов схемы замещения .................... 4.2.3. Расчёт токов КЗ в максимальном режиме ...................................... 4.2.4. Расчёт токов КЗ в минимальном режиме ....................................... 4.3. Расчёт токов короткого замыкания в электрических сетях напряжением до 1 кВ ...................................................................................... 12 14 14 19 23 23 29 29 30 32 34 36 37 39 39 41 41 45 56 56 57 59 60 61 62 64 67 68 70 3
71 74 78 84 86 89 91 91 91 93 93 95 97 100 100 103 103 105 108 110 112 113 114 4.3.1. Особенности расчётов трёхфазного и однофазного КЗ за трансформатором 6-10/0,4 кВ ............................................................... 4.3.2. Основные положения расчёта токов трёхфазного КЗ методом симметричных составляющих ................................................................... 4.3.3. Расчёт сопротивлений различных элементов системы электроснабжения ...................................................................................... 4.3.4. Пример расчёта токов трёхфазного КЗ в электрической сети напряжением до 1 кВ .................................................................................. 4.3.5. Расчёт токов однофазного КЗ в сетях до 1 кВ методом симметричных составляющих ................................................................... 4.3.6. Пример расчёта токов однофазного КЗ .......................................... 4.3.7. Расчёт токов однофазного КЗ методом «петли фаза - нуль» ....... 5. ИСТОЧНИКИ ОПЕРАТИВНОГО ТОКА .................................................... 5.1. Источники оперативного тока на распределительных подстанциях ............................................................. 5.2. Постоянный оперативный ток ................................................................ 5.3. Переменный оперативный ток ............................................................... 5.3.1. Схемы с дешунтированием электромагнитов управления ........... 5.3.2. Предварительно заряженные конденсаторы и зарядные устройства ................................................................................ 5.3.3. Схемы питания оперативных цепей на выпрямленном токе ........ 6. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА ........................................................................ 6.1. Общие сведения ....................................................................................... 6.2. Схемы соединения трансформаторов тока и цепей тока измерительных органов .................................................................................. 6.2.1. Общие положения ............................................................................. 6.2.2. Схема соединения трансформаторов тока и измерительных органов в полную звезду ............................................................................ 6.2.3. Схема соединения трансформаторов тока и измерительных органов в неполную звезду ........................................................................ 6.2.4. Схема соединения трансформаторов тока в полный треугольник, измерительных органов - в полную звезду ...................... 6.2.5. Схема с двумя трансформаторами тока и одним измерительным органом, включенным на разность токов двух фаз ................................. 6.2.6. Трёхтрансформаторный фильтр токов нулевой последовательности .................................................................................... 6.2.7. Однотрансформаторный первичный фильтр токов нулевой последовательности ..................................................................... 4
115 118 118 121 124 126 132 132 138 144 144 145 145 149 151 153 154 157 160 163 165 165 166 167 170 170 171 173 173 180 182 6.2.8. Последовательное и параллельное соединение трансформаторов тока ................................................................................ 6.2.9. Датчики фазного тока ....................................................................... 6.3. Оценка чувствительности устройства защиты ..................................... 6.3.1. Коэффициент чувствительности защиты ....................................... 6.3.2. Оценка чувствительности защиты линии электропередачи ......... 6.3.3. Оценка чувствительности защиты силовых трансформаторов напряжением 35-110-220/6-10 кВ ............ 6.3.4. Оценка чувствительности защиты силовых трансформаторов напряжением 6-10/0,4 кВ ........................................................................... 6.3.5. Области применения разных схем соединения ТТ и ИО .............. 6.4. Выбор трансформаторов тока и определение их допустимой нагрузки в схемах релейной защиты ............................................................. 7. ТРАНСФОРМАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ ....................................................... 8. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЯМИ ............ 8.1. Общие положения .................................................................................... 8.2. Концепция построения защиты электрических сетей .......................... 8.2.1. Токовые нагрузки ............................................................................. 8.2.2. Принцип защиты от токовых перегрузок ....................................... 8.2.3. Согласование параметров СЭС и релейной защиты ................... 8.3. Виды повреждений электрических сетей напряжением до 1 кВ и требования ПУЭ к релейной защите этих сетей ....................................... 8.4. Характеристики плавких предохранителей .......................................... 8.5. Условия выбора плавких вставок ........................................................... 8.6. Проверка селективности ......................................................................... 8.7. Токоограничивающая способность плавких предохранителей .......... 8.8. Параметры предохранителей .................................................................. 8.8.1. Предохранители напряжением 380 В ............................................. 8.8.2. Предохранители напряжением 6-10 кВ ......................................... 8.9. Достоинства и недостатки плавких предохранителей ......................... 9. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 380 В АВТОМАТИЧЕСКИМИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯМИ ............................................. 9.1. Защитные характеристики автоматических выключателей ................ 9.2. Трёхступенчатая токовая защита автоматического выключателя ...... 9.3. Выбор выключателя ................................................................................ 9.4. Расчёт уставок защиты линии ................................................................ 9.5. Расчёт уставок защиты электродвигателей ........................................... 9.6. Защита распределительного устройства напряжением 0,4 кВ трансформаторной подстанции 6-10/0,4 кВ ................................................ 5
185 188 191 192 193 194 195 199 201 205 205 207 207 210 213 216 216 218 226 234 236 243 246 246 249 250 253 253 9.6.1. Характеристики трансформаторной подстанции .......................... 9.6.2. Расчёт уставок защиты вводных и секционного выключателей 0,4 кВ трансформаторной подстанции 6-10/0,4 кВ ................................. 9.6.3. Особенности работы ТП с двумя вводными и двумя секционными автоматическими выключателями на стороне низшего напряжения ............................................................... 9.7. Защита от однофазных замыканий на землю в электрической сети напряжением до 1 кВ ...................................................................................... 9.7.1. Защита, использующая измерение разностного тока .................... 9.7.2. Защита, использующая возврат тока по заземлителю .................. 9.7.3. Защита, использующая ток нулевой последовательности ........... 9.7.4. Устройство защитного отключения ................................................ 9.7.5. Применение устройств защиты от однофазных замыканий на землю в электрических сетях напряжением 380 В ............................. 9.8. Токоограничение автоматических выключателей ............................... 10. АВТОМАТИЧЕСКИЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ ... 10.1. Структура системы электроснабжения напряжением до 1 кВ .......... 10.2. Автоматические выключатели компании Schneider Electric ............. 10.2.1. Автоматические выключатели серии Masterpact ......................... 10.2.2. Автоматические выключатели серии Compact ............................ 10.2.3. Автоматические выключатели серии Acti 9 ................................ 10.3. Устройства защиты, устанавливаемые в автоматические выключатели ................................................................................................... 10.3.1. Магнитотермические расцепители выключателей серии Acti 9 ........................................................................ 10.3.2. Расцепители выключателей серии Compact NS ........................... 10.3.3. Электронные расцепители Micrologic, устанавливаемые в выключатели серий Compact NS, Masterpact NT и NW ....................... 10.3.4. Расцепители выключателей серии Compact NSX ........................ 10.4. Автоматические выключатели отечественного производства .......... 10.5. Дифференциальные выключатели ....................................................... 10.6. Селективность защит автоматических выключателей ....................... 10.6.1. Виды селективности ....................................................................... 10.6.2. Принцип каскадного отключения ................................................. 10.6.3. Правила селективности для выключателей от 1 до 6300 А компании Schneider Electric ....................................................................... 11. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ДО 1 кВ ................................................................................ 11.1. Общие положения .................................................................................. 6
254 254 257 265 265 266 270 272 283 283 284 287 292 301 305 310 310 311 314 314 317 319 320 321 323 330 11.2. Понятие «Организация защиты» .......................................................... 11.3. Расчёты защиты электрической сети напряжением 380 В с помощью плавких предохранителей .......................................................... 11.3.1. Расчёт защиты одиночного электродвигателя ............................. 11.3.2. Расчёт защиты радиально-ступенчатой схемы электроснабжения ...................................................................................... 11.4. Расчёты защиты электрической сети напряжением 380 В с помощью автоматических выключателей ................................................. 11.4.1. Методика определения параметров характерных точек каталожной ВТХ отечественных автоматических выключателей ......... 11.4.2. Расчёт защиты одиночного электродвигателя ............................. 11.4.3. Характерные точки каталожных ВТХ электронных расцепителей автоматических выключателей компании Schneider Electric ......................................................................................... 11.4.4. Расчёт защиты радиально-ступенчатой схемы ............................ электроснабжения с помощью автоматических выключателей ............ 11.5. Расчёт защиты трансформаторной подстанции напряжением 6-10/0,4 кВ с помощью автоматических выключателей ............................ 11.5.1. Общие положения ........................................................................... 11.5.2. Расчёт защиты отходящих от ТП линий ...................................... 11.5.3. Расчёт защиты секционного автоматического выключателя ТП ......................................................................................... 11.5.4. Расчёт защиты вводных автоматических выключателей ТП .... 11.5.5. Расчёт защиты ТП с двумя вводными и двумя секционными автоматическими выключателями ............................................................ 11.5.6. Расчёт защиты схемы электроснабжения усадьбы ...................... 12. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ ВЫШЕ 1 кВ ......................................................................... 12.1. Общие положения .................................................................................. 12.2. Функции защит ...................................................................................... 12.3. Селективность ........................................................................................ 12.3.1. Временная селективность .............................................................. 12.3.2. Токовая селективность ................................................................... 12.3.3. Логическая селективность ............................................................. 12.3.4. Селективность с помощью направленной защиты ...................... 12.3.5. Селективность с помощью дифференциальной защиты ............ 12.3.6. Комбинированная селективность .................................................. 13. МИКРОПРОЦЕССОРНАЯ РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА НА ОСНОВЕ УСТРОЙСТВ КОМПАНИИ SCHNEIDER ELECTRIC ................................... 7
331 331 336 335 338 339 345 348 354 360 360 361 363 366 369 369 371 374 386 390 407 407 410 410 416 418 421 13.1. Защита трансформаторов напряжением 6-10/0,4 кВ выключателями нагрузки с плавкими предохранителями .......................... 13.2. Микропроцессорные устройства защиты компании Schneider Electric ............................................................................................. 13.2.1. Реле защиты типа VIP30 и VIP35 .................................................. 13.2.2. Реле защиты типа VIP300 .............................................................. 13.2.3. Общая информация об устройствах защиты Sepam .................... 13.2.4. Устройства защиты Sepam серии 10 ............................................. 13.2.5. Устройства защиты Sepam серии 20 и 40 ..................................... 13.2.6. Устройства защиты Sepam серии 80 ............................................. 13.3. Подключение базового блока ............................................................... 13.4. Ввод в эксплуатацию ............................................................................. 13.5. Расчёт обратно зависимых время-токовых характеристик с помощью устройств Sepam ......................................................................... 13.5.1. Общие положения ........................................................................... 13.5.2. Типы обратно зависимых время-токовых характеристик устройств Sepam ......................................................................................... 13.5.3. Аналитический метод расчёта обратно зависимых время-токовых характеристик ................................................................... 13.5.4. Графическое построение обратно зависимых время-токовых характеристик .............................................................................................. 14. ЗАЩИТА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10-20/0,4 кВ ..................................................................................................... 14.1. Виды повреждений силовых трансформаторов .................................. 14.2. Общая характеристика релейной защиты силовых трансформаторов напряжением 6-10-20/0,4 кВ .......................................... 14.3. Расчёт защиты трансформаторов напряжений 6-10-20/0,4 кВ ......... 14.4. Особенности расчётов и согласования обратно зависимых время-токовых характеристик устройств защиты Sepam ........................... 14.5. Примеры расчёта защиты трансформатора напряжением 10/0,4 кВ ... 15. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАЩИТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10 кВ ................................................................................. 15.1. Формирование диаграммы селективности времени срабатывания защиты ..................................................................................... 15.2. Расчёт защит электрической сети напряжением 6-10 кВ .................. 15.2.1. Защита радиальной линии, питающей одну ТП .......................... 15.2.2. Защита магистральной линии, питающей несколько ТП ........... 15.2.3. Защита радиальной линии, питающей РП .................................... 15.2.4. Защита РП ........................................................................................ 8
15.3. Пример расчёта обратно-зависимых время-токовых характеристик защит электрической сети напряжением 10 кВ ........................................... 15.4. Оптимизация параметров микропроцессорной релейной защиты электрических сетей напряжением 10 кВ ..................................................... 16. ЗАЩИТА ОТ ОДНОФАЗНЫХ ЗАМЫКАНИЙ НА ЗЕМЛЮ В РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЯХ НАПРЯЖЕНИЕМ 6-10-20-35 кВ .... 16.1. Распределение токов в контуре нулевой последовательности электрической сети ......................................................................................... 16.2. Расчёт токов ОЗЗ для электрической сети с изолированной нейтралью ........................................................................................................ 16.3. Требования к защитам от однофазных замыканий на землю в электрических сетях напряжением 6-10-20-35 кВ .................................. 16.4. Устройство контроля изоляции сети напряжением 6-10-20-35 кВ ... 16.5. Устройства селективной защиты от ОЗЗ ............................................. 16.5.1. Трансформаторы тока нулевой последовательности .................. 16.5.2. Ненаправленная токовая защита нулевой последовательности с независимой время-токовой характеристикой ...................................... 16.5.3. Направленные защиты ................................................................... 16.5.4. Защиты от ОЗЗ, реагирующие на высшие гармонические составляющие .............................................................................................. 16.5.5. Защиты от ОЗЗ, основанные на использовании наложенного тока ........................................................................................ 16.5.6. Защиты от ОЗЗ, основанные на использовании электрических величин переходного процесса ................................................................. 16.5.7. Современные устройства защиты от ОЗЗ ..................................... 16.6. Основные действия оперативного персонала при определении присоединения с ОЗЗ ...................................................................................... 17. ЗАЩИТА СИЛОВЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ НАПРЯЖЕНИЕМ 35-110-220/6-10 кВ ............................................................................................ 17.1. Виды повреждений и ненормальные режимы работы трансформаторов ............................................................................................ 17.2. Организация защиты силовых трансформаторов ............................... 17.3. Дифференциальная защита трансформаторов .................................... 17.3.1. Принцип действия продольной дифференциальной токовой защиты ........................................................................................... 17.3.2. Особенности выполнения дифференциальной защиты трансформаторов ........................................................................................ 17.3.3. Расчётный ток небаланса ............................................................... 423 440 449 449 453 456 457 459 459 462 465 467 469 469 469 474 475 475 479 480 480 482 483 9
17.3.4. Принципы построения дифференциальной защиты трансформатора .......................................................................................... 17.4. Газовая защита ....................................................................................... 17.5. Защита от перегрузок ............................................................................ 17.6. Селективная токовая защита ................................................................ 17.7. Мгновенная токовая отсечка ................................................................ 17.8. Защита сборных шин подстанции 110-220 кВ ................................... 17.9. Защита трансформаторов с помощью устройств Sepam .................... 17.10. Методика расчёта уставок дифференциальной защиты трансформаторов Sepam T87 ......................................................................... 17.10.1. Описание дифференциальной защиты Sepam T87 .................... 17.10.2. Методика выбора уставок срабатывания дифференциальной защиты трансформатора ............................................................................. 17.10.3. Пример выбора параметров срабатывания дифференциальной защиты ....................................................................... 18. ЗАЩИТА КОНДЕНСАТОРНЫХ УСТАНОВОК И СИЛОВЫХ РЕЗОНАНСНЫХ ФИЛЬТРОВ .......................................................................... 18.1. Повреждения конденсаторов ................................................................ 18.2. Защита конденсаторных установок ...................................................... 18.3. Защита силовых резонансных фильтров высших гармоник напряжением 6-10-35 кВ ............................................................................... 19. ЗАЩИТА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ .......................................................... 19.1. Ненормальные режимы работы и виды повреждений электродвигателей ......................................................................................... 19.2. Требования к защитам электродвигателей .......................................... 19.3. Методика расчёта защиты электродвигателей напряжением выше 1 кВ ........................................................................................................ 19.4. Описание схем релейной защиты асинхронного электродвигателя напряжением выше 1 кВ ................................................................................ 20. ОСОБЕННОСТИ ЗАЩИТЫ И АВТОМАТИКИ ТРАНСФОРМАТОРОВ ЭЛЕКТРОПЕЧНЫХ УСТАНОВОК. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И УПРАВЛЕНИЕ АВАРИЙНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ ........................................................................... 21. РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И УПРАВЛЕНИЕ АВАРИЙНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ПИТАНИЯ ............................................ 21.1. Организация работы аварийных источников питания ....................... 21.2. Выбор уставок аварийного ввода резерва дизель-генераторов ......... 21.3. Выбор уставок релейной защиты генераторов 0,4 кВ ........................ 484 489 493 493 495 497 500 501 501 505 513 519 519 522 525 531 531 532 534 542 547 554 554 557 559 10