vol3-9

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                       

Views 204 Downloads 4 File size 3MB

Report DMCA / Copyright

DOWNLOAD FILE

Citation preview

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

ETAP Relay Co‐ordination Step by Step Procedure 

  Page 1 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

ETAP Relay Co‐ordination Step by Step Procedure  The following are steps for ETAP Relay coordination for over current and earth fault protection.   I. II. III. IV. V. VI.

Modeling of single line Diagram  Modeling protection devices.  Updating fault levels to all relays  Creating of ETAP Star View (TCC charts) and Relay Settings  Earth Fault Protection settings  Checking the Sequence of Operation    

  I.

Modeling of Single Diagram.  Step 1:

Model the single line Diagram in ETAP  

    Page 2 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 2:

Add protection devices to Model from ETAP  AC Edit Toolbar and Instrumentation  

Toolbar    

AC Edit Toolbar

Contactor 

Fuse  High Voltage Circuit

Low Voltage Circuit Breaker

Overload Heater

In-line Overload Relay 

    Instrumentation Toolbar

Potential Transformer

Current Transformer

Multi-Function Relay 

    Page 3 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 3:

Start from the Dead End Equipment (i.e. 75kW motor load). Double click on the motor go to 

Protection page enter following data    1. Starting Curves – Constant Terminal Voltage  %Vt  Acceleration Time  (%)  (sec)  100  2   80  4   2. Check in the box of Smooth Corners  3. Check in the box of Include starting device, OLH & equipment Cable 

4. Asymmetrical LRC  Asym. Factor 

1.6 

5. Thermal Limit Curve  Hot start  Cold Start  Stator Curve 

Check in the box  Check in the box  Check in the box 

10  sec  15  Sec  Check for points 

  Click here to see table of  stator thermal current  versus time curve (which is  default in ETAP).  Enter the vendor data in  table. Here in this exercise  assume ETAP default. 

   6. Click OK for saving the data into the motor model 

 

Page 4 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

II. Step 4:

Modeling protection devices.  ADD the following protection equipment to the Motor feeder from AC Edit Toolbar  1. In‐Line over load Relay (OL1)  2. Contactor (Cont1)  3. Fuse (Fuse1)  4. Switch (SW1) 

                        Page 5 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 5:

ADD the following protection equipment to the Single Line Diagram feeder from AC Edit 

Toolbar  1. MCC Incomer (i.e. Incomer Bus 3)  • Switch (SW2)  2. PMCC outgoing feeder (i.e. Outgoing Bus 2)  • LV Circuit Breaker  (CB3)  • Current Transformer (CT1)  • Multi‐Function Relay (Relay1)  3. PMCC Incomer (i.e. Incomer Bus 2)  • LV Circuit Breaker (CB4)  • Current Transformer (CT2)  • Multi‐Function Relay (Relay2) 

      Page 6 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 6:

ADD the following protection equipment to the Single Line Diagram feeder from AC Edit 

Toolbar  1. 66kV Outgoing Circuit  2MVA Transformer (i.e. Transformer T1)  1. HV Circuit Breaker (CB5)  2. Current Transformer (CT3)  3. Multi‐Function Relay (Relay3)  2. 2MVA Transformer Neutral (i.e. Transformer T1)  1. Current Transformer (CT5)  2. Multi‐Function Relay (Relay5)  3. 6.6kV Bus Incomer (i.e.   Bus1)  1. HV Circuit Breaker (CB1)  2. Current Transformer (CT4)  3. Multi‐Function Relay (Relay4) 

   

 

Page 7 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

(Update protection equipment Data from the Library Data)  Step 7:

Double Click on the In‐Line Overload Relay, go to Setting page.   

 

Step 8:

  Click on the Library and select the model as SIEMENS ‐ 3UF7.   (SIEMENS – 3UF7 model will be added to Thermal Overload Relay)   

        Page 8 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 9:

Select the Trip range “20 – 200 A Primary”. Click OK to update the data into the OLR. 

Jam used for Locked rotor  protection if required. 

 

Step 10:

Double Click on the contactor in the motor feeder and enter the following ratings  in the  Info Page  1. Rated Voltage ‐  0.6kV  2. Rated Continuous current – 250 A  3. Type – Contactor  4. Rated Interrupting Current – 2.5kA (Typically 8 to 10 times contactor rating) 

  Page 9 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 11:

Similarly Update all protection equipment data from the library as per the below. 

ETAP Equipment ID  Fuse1  CT1  Relay1  CT2  Relay2  CT5  Relay5  CT3  Relay3  CT4  Relay4 

Step 12:

Location  Mtr Feeder  Incomer MCC  Incomer MCC  Incomer PMCC  Incomer PMCC  Transformer Neutral Transformer Neutral Transformer Neutral Transformer Neutral Transformer Neutral Transformer Neutral

Equipment Fuse Current Transformer Multifunction Relay Current Transformer Multifunction Relay Current Transformer Multifunction Relay Current Transformer Multifunction Relay Current Transformer Multifunction Relay

Make and Model From ETAP  Library  GEC,   HRC II‐C  ‐‐‐‐‐  OCR, AREVA P122  ‐‐‐‐‐  OCR, AREVA P122  ‐‐‐‐‐‐  OCR, AREVA P122  ‐‐‐‐‐‐  OCR, AREVA P122  ‐‐‐‐‐‐  OCR, AREVA P122 

Rating  250 A 800/1A ‐‐ 3000/1A ‐‐ 3000/1A ‐‐‐‐ 200/1A ‐‐‐‐ 600/1A ‐‐‐‐

  Update all LV and HV circuit breaker operating Times. Double Click on Circuit Breaker, go to  rating page update Minimum Time Delay, Including CB and Relay Delay “Min. Delay” as  fallows.  • LV Circuit Breaker ‐  0.04 sec  • HV Circuit Breaker ‐ 0.06sec 

                            Page 10 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

III.

Updating Fault Levels To All Relays. 

Step 13:

Click on Star‐Protective Device Coordination Module in Mode Toolbar. 

 

Step 14:

Click on Edit Study Case box, go to info page Select all buses to fault. 

   

    Page 11 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 15:

Click on Run / Update Short‐Circuit kA in the Star (PD Coordination) Toolbar.  (This will update that short circuit levels in to the protective devices i.e. LV Circuit Breaker,  Relay, MCCB, Fuse and OLR) 

 

 

Page 12 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 16:

Step 17:

Double click on the Fuse go TCC kA page and check for short Circuit Current is updated for  TCC clipping current.  Similarly check for other protective devices like Relay, MCCB, OLR and LV Circuit Breaker    Select Sym rms fault for all devices, which is OK for time delayed coordination. 

  

     

 

  

 

  Page 13 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

IV.

Creating of ETAP Star View (Time Current Curve (TCC) Charts) and Relay  Settings 

Step 18:

Left click and make window around motor along with its protective devices (i.e. OLR,  Contactor & Fuse) to select. 

 

Step 19:

Now click on the Create Star View to create new start view (i.e. Star1). 

      Page 14 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 20:

A TCC chart start view (i.e. Star1) is created as shown in below. 

Double Click on Star1  here to give own titles  for star view  Double Click on  scale to see scale  & for changing it 

 

Step 21:

Right Click on window then Click on the plot options to edit the properties of plots.  

  Using Plot options can hide or unhide the devices for this Right‐Click on the Star Chart, pick  Devices ‐> Preferences & Check Phase and ground mode displaying.    Page 15 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 22:

Go to Legend Page rename to “01. 75kW Motor Ckt”. Click OK to save the name. 

    (Check for change in the name of start view (TCC)) 

      Page 16 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 23:

Show the grid by clicking on the Show Grid. 

 

Step 24:

Set the motor protection as below  Double Click on Over Load Relay, go to setting page set the following  1. Click on Thermal for Over Current or Over Load setting   ¾ Current pick up (Trip) = 1.05 to 1.1 times of FLC of Motor (123.5*1.1=135.9A)  ¾ Time Delay   ÆSet above motor start  Æ Set Below the stator thermal damage curve 

  2. Click on Jam for Locked rotor or Jam or Stall protection   ¾ Current pick up (Trip) = 150 to 200% of FLC of Motor (set for 200%) 

¾ Click OK to save the data.   ¾ Time Delay   ÆSet above motor start    Æ Set Below the stator thermal damage curve 

 

Page 17 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                             ¾ Adjust the time delay (change Class 5 to Class 10 etc. to change OLR timing) using  time handle on the OLR Jam protection Curve. Set it above motor starting start and  below the motor stator & rotor thermal damage curve. 

 

Step 25:

Now go to Single Line Diagram View (One‐Line Diagrams). Left Click and Hold and make  window around Motor feeder (OLR, FUSE) and MCC Incomer Relay(i.e. Relay1).  

  Page 18 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 26:

Create new star view by clicking on the Create Star View (Star2). Rename Star2 to “02. MCC  Incomer”. 

 

Step 27:

Double click on Relay1 (i.e. MCC Incomer), go to OCR ‐> Phase page and set the over current  protection as  1. Check in Over current Box  2. Select IEC‐Extremely Inverse curve to match with outgoing Fuse characteristics  3. Set Pickup as 0.95 (i.e. 800x0.95=760A) 

  Page 19 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 28:

Adjust the time delay by using time handle on plot such that it is above characteristics of  fuse below the MCC incomer cable thermal withstand. 

 

Step 29:

Now go to Single Line Diagram View (One‐Line Diagrams). Left Click and Hold and make  window around MCC Incomer Relay and PMCC Incomer (Transformer Outgoing) relay. 

  Page 20 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 30:

Create new star view and Rename is to “03. PMCC to MCC Circuit”. 

              Page 21 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 31:

Double  click  on  Relay2  (i.e.  PMCC  Incomer),  go  to  OCR  ‐>  Phase  page  and  set  the  over  current protection  1. Check in Over current box  2. Select IEC‐Standard Inverse curve.  3. Set Pickup current transformer full load current with 5% Margin   Transformer 2MVA, 6.6/0.415kV  Transformer Secondary (LV side) Line Current Itr_sec =  Pickup setting with 5% Margin = 

_

.

.

.

2782.41  

√ .

.

 

 

Step 32:

Adjust the time delay of Relay2 by using time handle such that it is above the Relay1 curve.  (Time difference can be easily measured by sing Time Difference tool)  

Time Difference 

  Page 22 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 33:

Click on Time Difference Tool and the curves above and below curve for which time  difference has to measure.   • Click and move time difference measurement location to fault level.  • Set the TMS of Relay2 by adjusting the Relay2 curve using time dial such that the  time difference with Relay1 curve at fault level equal to 300 milli‐sec.  Use this to  measure time  difference  between two  relays 

(Measure time  difference at  fault current to  be coordinated) 

     

Page 23 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 34:

Go to Single Line Diagram View (One‐Line Diagrams). Left Click and Hold and make window  around PMCC Incomer Relay and Transformer Incomer Relay and 6.6kV Switchgear Incomer  Relay. 

 

Step 35:

Create new star view and Rename is to “04. 6.6kV SWGR IC”. 

    Page 24 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 36:

Double click on Relay3 (i.e. Transformer Incomer) set the over current protection  1. Select IEC‐Standard Inverse curve.  2. Set Pickup current transformer full load current with 5% Margin   3. Transformer 2MVA, 6.6/0.415kV  4. Transformer Primary (HV side) Line Current Itr_pry =  5. Pickup setting with 5% Margin = 

_

.

.

.

183.7A 

√ .

.

 

 

 

Step 37:

  Adjust  the  curve  of  Relay3  curve  such  that  it  should  be  above  the  curve  of  Relay2  and  Transformer Inrush current and also time difference equal to 300 milli‐sec and it should be  below Transformer Thermal withstand curve. 

Set In‐rush to typical value  of 12 times for 0.1 sec  (which is 5Cycles at 50Hz) 

  Page 25 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 38:

Here for Fault current seen by the Transformer Incomer Relay as per below table.  Fault Location 

Fault Current seen by the  Transformer Incomer relay @6.6kV  Fault at Transformer Secondary (LV 0.415kV side)  2.681 kA  Fault at Transformer Primary (HV 6.6kV side)  40.052kA  From the above table fault level difference is more. So the Transformer Incomer Relay  instantaneous over protection is enabled for fault current above 140% above the  transformer secondary fault level.  Set the instantaneous current protection setting as   1. Instantaneous setting = 

_

.

.

.

.

 

2. Set the time dial at minimum time say 0.01sec 

Check in Integrated  Curves to Integrate over  current & Instantaneous  Currents 

  Before Integration 

After Integration 

=

Æ I  

Æ   Time 

Æ   Time  

Step 39:

Æ I  

 

Page 26 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 40:

And ensure that Relay3 curve is below the Transformer Thermal withstand curve and above  the transformer Inrush current 

 

Step 41:

Double click on Relay4 (i.e. 6.6kV Switchgear Incomer) go to OCR ‐> Phase page and set the  over current protection as  1. Check in Overcurrent Box  2. Select IEC‐Very Inverse curve.  .

3. Set Pickup current transformer full load current i.e. 588A, Pickup = 

  

  Page 27 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 42:

Set  TMS  of  Relay4  by  moving  the  curve  of  Relay4  curve  time  dial  such  that  it  should  be  above the curve of Relay3 and time difference at fault level is 300 milli‐secs.  Ensure that time difference at short currents below fault level is more that 300 milli‐sec (this  can be checked by moving time difference position at various fault currents). 

   

 

Page 28 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

V.

Earth Fault Protection settings 

  Step 43: Open “02. MCC Incomer” start view (TCC), click on Mode to view earth fault view.  1. Select the IEC‐Standard Inverse curve  2. Pick up setting ‐ 0.5 

      Page 29 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 44:

Double click on the Relay2 go to OCR ‐> Ground Page set earth fault protection settings as   1. Select the IEC‐Standard Inverse curve  2. Pick up setting ‐ 0.5 

 

Step 45:

Adjust curve time by using time handle. (set The TMS ‐ 0.1)  

 

Step 46:

In similar way all other earth fault current settings can be done.  

      Page 30 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

FINAL STAR VIEWS WITH PROTECTION SETTINGS 

  Over Current Protection Settings    0.1.

Over Current Protection 75kW Motor Ckt    

    Page 31 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                             0.2.

Over Current Protection of MCC Incomer   

            Page 32 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                             0.3.

Over Current Protection of PMCC to MCC Circuit 

 

                Page 33 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                             0.4.

Over  Current  Protection  of  6.6kV  Outgoing  Feeder  (2MVA  Transformer)  and  6.6kV  Switchgear Incomer 

 

                Page 34 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Earth Fault Protection Settings    0.5.

Earth Fault Protection of MCC Incomer   

        Page 35 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                             0.6.

Earth Fault Protection of PMCC to MCC Circuit 

 

              Page 36 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                             0.7.

Earth  Fault  Protection  of  6.6kV  Outgoing  Feeder  (2MVA  Transformer)  and  6.6kV  Switchgear Incomer 

 

              Page 37 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

VI.

Checking the Sequence of Operation   

Step 47:

Update rely output signal to corresponding Circuit Breakers.  Double Click on Relay1 and Go to Output Page, Click on Add and select  Relay Element ‐ Any  Level/Zone ‐ Any  Device ‐ LVCB  ID ‐ CB3  Action ‐ Open   

  Click OK to save the data.        Page 38 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 48:

Step 49:

Similarly update all relay Interlock (output) signals as table below  Interlock Editor Page Settings  Relay ID  Relay Element  Level/Zone  Device  ID  Relay1  Any  Any  LVCB  CB3  Relay2  Any  Any  LVCB  CB4  Relay5  Any  Any  LVCB  CB4  Relay3  Any  Any  HVCB  CB5  Relay4  Any  Any  HVCB  CB1    Create one start view with all protection Devices in the circuit Path. 

Action  Open  Open  Open  Open  Open 

      Page 39 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 50:

Rename start view to “05. Sequence of Operation”. 

 

Step 51:

Go to Single Line diagram create new study case “SOP”   

new study case 

    Page 40 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 52:

Click  on  the  Edit  Study  Case  box,  go  to  Seq  of  Op  (Sequence  of  Operation)  page.  Set  the  following  Fault Value ‐ Sym. rms  Protective Devices Considered (Bus Levels Away from Fault) ‐ 20   Fault type ‐ 3 Phase  Protective Devices Operated (Devices to Flash) ‐ 9  

Click it to Maximum  allowed in ETAP 

Check it to Maximum  allowed in ETAP 

  Click OK to save the case settings.              Page 41 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 53:

Click on the Fault Insertion and place above the 75kW Motor, and the give the output file  name as “FLT on MTR FDR”. Click OK to run case.   

Fault Insertion

         

Page 42 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 54:

Then  check  on  screen  for  the  Devices  flashing  (Devices  are  operating  for  3‐Phase  fault  on  Motor feeder). 

     

Page 43 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 55:

Click on the Sequence Viewer to see the Sequence‐of‐operation events with time. 

Sequence Viewer

 

Step 56: Step 57:

Same thing can be checked by using Normalized Tcc tool.  Open the “05. Sequence operation”  star view (TCC), Select out report as “ FLT on MTR FDR” 

 

              Page 44 of 45                                                                            

ETAP Relay Coordination Procedure                                                                                                            

Step 58:

Click on Normalized TCC to see fault current as Gray line and Relay operating times on TCC. 

3‐Phase Motor  Terminal Fault Current 

 

Observation: 

Element  Fuse1   Relay1  Relay2  Relay3  Relay4 

3‐Phase fault applied on Motor Terminal a current of 15.57kA flows at 0.415kV Level  Remark Operating time  Time Difference With  Location  (sec)  Below Element (Sec)  Motor Feeder  Minimum Operating Time OK 0.01  0.01  MCC Incomer  Fuse ‐Relay >150ms OK 0.201  0.191  PMCC Incomer  Relay‐Relay >300ms OK 0.826  0.625  Transformer Incomer  Relay‐Relay >300ms OK 1.3  0.474  6.6kV SWGR Incomer  Relay‐Relay >300ms OK 8.69  7.39 

 

Page 45 of 45