Общие условия выбора и проверки

Надежная и экономичная работа электрических аппаратов обеспечивается их правильным выбором по условиям длительного рабочего режима (нормального и утяжеленного) и проверкой по условиям режима короткого замыкания.

Выбор всех аппаратов производится по следующим условиям: номинальному напряжению аппаратов или изоляторов ; по нагреву рабочим током утяжеленного режима .

Эти неравенства справедливы при нормированной температуре окружающей среды () +35°С для аппаратов. При температуре (), отличной от нормированной, должен быть произведен пересчет номинального тока аппаратов:

. (5.3)

Выбор типа аппаратов должен производиться с учетом рода установки и условий окружающей среды (для внутренней или наружной установки), типа распределительного устройства и его конструктивного исполнения (комплектное или сборное).

Все аппараты должны сохранять свои качества и выполнять свои функции при протекании по ним токов короткого замыкания. Поэтому выбранные по условиям длительного режима аппараты должны быть проверены на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ.

Термически стойкими являются те аппараты и проводники, которые не нагреваются выше кратковременно допускаемой температуры при протекании по ним тока КЗ. Это будет достигнуто, если выполняется условие:

, (5.4)

где - номинальный ток термической стойкости, кА;

- номинальное время термической стойкости,с;

В – расчетный интеграл Джоуля, кА²·с.

Электродинамически стойкими будут те аппараты, у которых амплитудное значение тока электродинамической стойкости () будет больше расчетного ударного тока короткого замыкания ()

. (5.5)

Согласно ПУЭ допускается не проверять а) на электродинамическую стойкость - аппараты, защищенные плавкими предохранителями с номинальным током до 60 А включительно; б) на термическую стойкость - аппараты, защищенные плавкими предохранителями, независимо от номинального тока и типа предохранителя; в) на электродинамическую и термическую стойкость - аппараты и шинную конструкцию в цепи трансформаторов напряжения при расположении их в отдельных камерах.

Ниже приводятся условия выбора аппаратов с учетом особенностей их работы.

 

Выбор выключателей.

Методика выбора выключателей по напряжению, длительному току и термической стойкости рассмотрена в 5.1. Рассмотрим выбор выключателей по коммутационной способности и электродинамической стойкости в соответствии с ГОСТом 687-78.

Отключающая способность выключателя задается номи-нальным током отключения , номинальным относи-тельным содержанием апериодической составляющей тока и нормированными параметрами восстанавливающегося напряжения.

Номинальный ток отключения и отнесены к моменту расхождения дугогасительных контактов выключателя (момент ). Номинальный ток отключения задан в каталоге на выключатели. Номинальное относительное содержание апериодической составляющей задано ГОСТом в виде кривой ([2], рисунок 12.36).

При выборе выключателя по отключающей способности необходимо рассчитать время , действующее значение периодической и апериодической составляющих тока КЗ в цепи, где будут установлены выключатели, по приведенным ранее выражениям.

По отключающей способности должны быть выполнены следующие условия: действующее значение периодической составляющей тока КЗ должно быть меньше или равно номинальному току отключения выключателя ; полный ток КЗ к моменту , равный должен быть меньше или равен номинальному асимметричному току отключения .

Включающая способность выключателя характеризуется номинальным током включения , который при выборе должен быть больше или равен току .

Проверку по восстанавливающемуся напряжению масляных, вакуумных и элегазовых выключателей допускается не производить.

Электродинамическая стойкость выключателей задается номинальным током электродинамической стойкости:

а) действующим значением периодической составляющей тока ;

б) мгновенным амплитудным значением полного тока .

Эти токи связаны между собой соотношением

,

где 1,8 - ударный коэффициент, нормированный для выключателей.

Проверка электродинамической стойкости заключается в сопоставлении тока с расчетным значением периодической составляющей начального тока КЗ в цепи выключателя, а тока с ударным током в той же цепи. Необходимость проверки по двум условиям объясняется тем, что для конкретной системы расчетное значение ударного коэффициента может быть более 1,8. Условия выбора выключателей приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Параметры выключателей	Условия выбора
Номинальное напряжение
Номинальный ток
Номинальный ток отключения: симметричный (действующее значение), ассиметричный (амплитудное значение)
Номинальный ток включения
Номинальный ток электродинамической стойкости: симметричный (действующее значение), ассиметричный (амплитудное значение)
Номинальный интеграл Джоуля (термическая стойкость)	I т.ст^2× t т.ст≥ B

К

Рис.5.1

Q

6кВ

T

Примеры решения задач.

Задача 1.Выбрать выключатель Q на низшем напряжении трансформатора двухтрансформаторной подстанции 110/6кВ с трансформаторами типа ТРДН - 40000/110. Коэффициент аварийной перегрузки трансформатора равен 1,5; ток короткого замыкания в точке К , . Основная релейная защита трансформатора - продольная дифференциальная с временем срабатывания 0,2с.

Решение.

Предварительно выключатель выбирается по условиям длительного режима, т.е. роду установки, напряжению и номинальному току.

Рассчитывается ток утяжеленного рабочего режима, соответствующий заданной допустимой перегрузке трансформатора:

По условиям длительного режима могут быть предложены два типа вакуумных выключателей с номинальными параметрами (табл. 5.2).

Таблица 5.2

Условия выбора	Sion - 7,2 - 3150 - 16 (Siemens)	ВВУ - СЭЩ - Э(П) - 10 - 31,5 - 3150
, кВ	7,2
, А
, кА		31,5
, кА		31,5
, кА
, кА/с	16/4	31,5/3
, с	0,065	0,05
, с	0,05	0,03

Оба выключателя для внутренней установки (в ЗРУ).

Для расчета токов КЗ определяют расчетные условия. В понятие расчетных условий входит:

- расчетная схема - Система,

- расчетный вид - трехфазное КЗ,

- расчетная точка - точка К на рис. 5.1,

- расчетное время:

время протекания тока КЗ (для первого выключателя Sion)

,

время к моменту размыкания контактов выключателя

Определяются расчетные величины.

Ударный ток КЗ

кА

Апериодическая составляющая тока КЗ к моменту размыкания контактов выключателя:

кА

Интеграл Джоуля для расчетной схемы типа «Система»:

.

Для по кривой [2] рис.12.36 определяется номинальное относительное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе:

.

В таблицу 5.3 сведены результаты сравнения номинальных параметров выключателя с расчетными величинами.

Таблица 5.3

Номинальные параметры Sion - 7,2 - 3150 - 16

Расчетные величины

Для внутренней установки ЗРУ 6 кВ

U ном= 7,2 кВ I ном= 3150 A I ном откл= 16 кА I вкл.ном= 16 кА i ном.вкл= 40 кА I дин.ном= 16 кА i дин.ном= 40 кА I т.ст^2× t т.ст=16^2×4=1024кА^2×с

> > >     < > > > > >

U ном ру= 6 кВ I раб нб= 2890 А I п,t= 14,74 кА I п,0= 14,74 кА i уд= 38,45 кА I п,0= 14,74 кА i уд= 38,45 кА В к=70,61 кА^2×с

Как следует из таблицы 5.3 выключатель Sion отвечает всем условиям выбора и проверки, кроме одного: полный номинальный ток отключения ниже полного тока КЗ к моменту размыкания контактов выключателя.

Это обстоятельство приводит к отказу от этого выключателя и выбору выключателя типа ВВУ-СЭЩ-Э(П) - 10-31,5-3150.

В таблице 5.4. приведены результаты этого выбора

Таблица 5.4

Номинальные параметры ВВУ-СЭЩ-Э(П)-10-31,5-3150

Расчетные величины

Для внутренней установки ЗРУ 6 кВ

U ном= 10 кВ I ном= 3150 A I ном откл= 31,5 кА I вкл.ном= 31,5 кА i ном.вкл= 80 кА I дин.ном= 31,5 кА i дин.ном= 80 кА I т.ст^2× t т.ст=31,5^2×3=2976кА^2×с

> > >     > > > > > >

U ном ру= 6 кВ I раб нб= 2890 А I п,t= 14,74 кА I п,0= 14,74 кА i уд= 38,45 кА I п,0= 14,74 кА i уд= 38,45 кА В к=70,61 кА^2×с

* - для τ =0,01+0,03=0,04с (рис.12.36 [2])

Выключатель ВВУ-СЭЩ-Э(П)-10-31,5-3150 отвечает всем условиям выбора и проверки.

 

5.5. Выбор трансформаторов тока

 

Трансформаторы тока, предназначенные для питания измерительных приборов, выбирают по номинальному напряжению U _ном, номинальному току первичной цепи I _{1, ном}, по классу точности. В режиме короткого замыкания проверяют на электродинамическую и термическую стойкости.

Трансформаторы тока выбирают по классу точности в зависимости от их назначения. В соответствии с ПУЭ, трансформаторы тока для включения электроизмерительных приборов должны иметь класс точности не ниже 3. Трансформаторы тока для присоединения счетчиков, по которым ведутся денежные расчеты, должны иметь класс точности 0,5. Для технического учета допускается применение трансформаторов тока класса точности 1.

Для обеспечения выбранного класса точности необходимо, чтобы действительная нагрузка вторичной цепи z _2,расч (Ом) не превышала нормированную нагрузку z _2,ном (Ом), для данного класса точности.

Суммарное сопротивление внешней вторичной цепи трансформатора тока

, (5.7)

где ‑ сумма сопротивлений последовательно включенных обмоток приборов и реле; R _пров ‑ сопротивление соединительных проводов; R _к ‑ сопротивления контактов (принимается для всей цепи равным 0,1 Ом).

Приняв R _2,расч = R _2,ном , определяют R _пров= R _2,ном ‑ ‑ R _к. По R _пров определяют расчетное сечение соединительных проводов

, (5.8)

где r ‑ удельное электрическое сопротивление материала проводника; l _расч ‑ расчетная длина соединительных проводов.

Расчетная длина соединительных проводов зависит от расстояния между трансформаторами тока и подключенными к ним приборами, а также от схемы включения приборов и трансформаторов тока.

Если l – длина соединительных проводов в один конец, то при соединении трансформаторов тока по схеме полной звезды l = l _расч, при соединении трансформаторов тока по схеме неполной звезды , при включении приборов в цепь одного трансформатора l _расч = 2 l.

Выбранное стандартное сечение проводов не должно быть менее s _paсч. Минимальное сечение соединительных проводов во вторичной цепи 2,5 мм²– медных и 4 мм² – алюминиевых при присоединении счетчиков. В других случаях: 1,5 мм² – медных и 2,5 мм² – алюминиевых.

Электродинамическая стойкость трансформаторов тока характеризуется номинальным током электродинамической стойкости i _эд,maxили кратностью номинального тока электродинамической стойкости

. (5.9)

Термическая стойкость трансформаторов тока задается: номинальным током термической стойкости I _ном.т и допустимым временем его протекания t _ном.т или кратностью номинального тока термической стойкости и допустимым временем t _ном.т протекания тока I _ном.т .

Условия выбора трансформаторов тока сведены в табл. 5.5.

Таблица 5.5

Параметры ТТ	Условия выбора
Номинальное напряжение	U ном³ U уст
Номинальный первичный ток	I 1,ном³ I раб,ут
Класс точности	В соответствии с классом точности измерительных приборов
Номинальная нагрузка вторичной цепи	z 2,ном ³ z 2,расч i эд,max ³ i уд
Электродинамическая стойкость: номинальный ток электродинамической стойкости или кратность тока динамической стойкости.
Термическая стойкость: номинальный ток термической стойкости и время или кратность тока термической стойкости

 

Пример выбора трансформаторов тока

Используя те же расчетные величины, что и для выбора выключателей (задача 1,(5.4), выполним расчет, выбор и проверку трансформаторов тока на стороне низшего напряжения (6 кВ) в цепи присоединения силового трансформатора. По условиям длительного режима по табл. 5.9 [3] выбираем ТТ типа ТШЛ-10-У3 с номинальными данными:

- номинальное напряжение кВ;

- номинальный первичный ток А;

- номинальный вторичный ток А;

- кратность тока термической стойкости / допустимое время действия ;

- номинальная вторичная нагрузка Ом. в классе точности 0,5.

Схема соединения измерительных приборов с трансформаторами тока показана на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Схема присоединения приборов к трансформаторам тока

 

Согласно схеме включения приборов (рис. 5.2) для определения нагрузки ТТ составляется табл. 5.6.

Таблица 5.6

Приборы	Тип	Нагрузка трансформатора тока от приборов, ВА
фаза А	фаза В	фаза С
Амперметр	Э-335	-	-	0,5
Ваттметр	Д-305	0,5	0,5	-
Варметр	Д-305	0,5	0,5	-
Счетчик активной/ реактивной энергии	Меркурий	0,1	0,1	0,1
Итого:		1,1	1,1	0,6

Из таблицы видно, что наиболее загружен трансформатор тока фазы А и В, тогда сопротивление приборов определяется

Ом,

где – нагрузка наиболее загруженной фазы.

Длина соединительных проводов от ТТ до приборов (в один конец) может быть принята в соответствии с табл. 5.7 [7, глава 9].

Таблица 5.7

Присоединение	Длина, м
Для всех цепей ГРУ 6-10кВ (ячейки КСО)	40-60
Линий 6-10кВ к потребителям (ячейки КРУ)	4-6
Для синхронных компенсаторов	25-40
Всех цепей РУ 35кВ 110кВ 220кВ	60-70 75-100 100-150

 

Для шин подстанций длина проводов принимается на 15-20% ниже указанных значений.

По формуле (5.8), приняв длину алюминиевых соединительных проводников , а сечение 4 мм²(минимальное сечение алюминиевых проводов для присоединения счетчиков [1]), находится

Ом.

Расчетная вторичная нагрузка трансформаторов тока составляет (5.7)

Ом.

Расчетные и номинальные данные по выбору трансформаторов тока сведены в табл. 5.8.

Таблица 5.8

Номинальные параметры ТШЛ-10-У3	Расчетные величины
кВ	кВ
А	А
кА^2с	70,61кА^2×с
Ом	Ом

По электродинамической стойкости шинные трансформаторы тока не проверяются.

 

5.7. Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) для питания электро-измерительных приборов выбирают по напряжению первичной обмотки, классу точности и схеме соединения обмоток. Соответ-ствие выбранному классу точности проверяют путем сопостав-ления фактической нагрузки вторичной цепи с номинальной мощностью вторичной обмотки при выбранном классе точности.

Для питания измерительных приборов, имеющих две обмот-ки напряжения (ваттметры, счетчики), целесообразно использо-вать два однофазных ТН, соединенных по схеме открытого тре-угольника. При использовании ТН для контроля изоляции в сетях с изолированной или резонансно-заземленной нейтралью следует применять пятистержневой трансформатор напряжения или группу из трех однофазных ТН.

Вторичную нагрузку ТН определяют приближенно по формуле

, (5.10)

где – полная суммарная мощность приборов, при-соединенных к ТН; , – активная и реактивная нагрузка присоединяемых приборов.

При этом за номинальную вторичную мощность () следует принимать:

а) мощность всех трех фаз для ТН, соединенных по схеме звезды;

б) удвоенную мощность одного трансформатора для одно-фазных ТН, соединенных по схеме открытого треугольника.

Если нагрузка на фазы трансформатора напряжения неодинаковая, то мощность подсчитывают по наиболее нагруженной фазе.

На термическую и динамическую стойкость ТН не про-веряют. Условия выбора ТН приведены в табл. 5.9.

 

Таблица 5.9

Параметры ТН	Условия выбора
Номинальное первичное напряжение
Тип и схема соединения обмоток	В зависимости от назначения ТН
Класс точности	Соответственно классу точности измерительных приборов
Номинальная мощность вторичной обмотки

Пример выбора трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения (ТН) выбирается на секции сборных шин 6 кВ подстанции.

К выбираемому ТН присоединяются приборы силового трансформатора (ваттметр, варметр, счетчик активной/реактивной энергии), приборы трансформатора собственных нужд (ваттметр, счетчик электроэнергии), приборы шести отходящих линий (шесть счетчиков электроэнергии), приборы сборных шин (три вольтметра, измеряющих фазное напряжение и один - линейное).

Выбираемый ТН должен обеспечивать контроль состояния изоляции в сети 6 кВ. К установке предполагаются три трансформатора, типа ЗНОЛ (табл. 5.13[3]) (заземляемый, напряжения, однофазный, литая изоляция).

Таблица 5.10

Приборы	Тип	, потребляемая одной катушкой, ВА	Число кату-шек	прибора	Кол-во прибо-ров	Суммарная потребляемая мощность
Р пр, Вт	Q пр, вар
Ваттметр	Д-335	1,5					-
Варметр	Д-335	1,5					-
Счетчик электроэнергии (активной/ реактивной)	Меркурий	0,5 Вт/ 7,5 ВА		0,067			179,7
Вольтметр	Э-378						-
Итого:	-	-		-	-		179,7

Названный ТН имеет три обмотки, позволяющие применить схему соединения основных обмоток в «звезду» с заземленной нейтралью, дополнительных - в разомкнутый «треугольник» (рис.5.3)

Мощность, потребляемая измерительными приборами, приведена в табл. 5.10.

Суммарная полная мощность, потребляемая приборами,

.

 

Vc

U=6 кВ

А

В

С

Рис.5.3 Схема присоединения приборов к измерительным трансформаторам типа 3×ЗНОЛ

Vв

Vа

Vл

а

W n=2

в

с

Var n=1

Wh/Varh n=8

РН

 

 

5.9. Задачи для самостоятельного решения.

1. Выбрать по всем условиям выключатели Q 5 и Q 6 на стороне низшего напряжения трансформатора (рис. 5.4).

S _{ном тр} =16 МВА.

; Т _ас= 0,1 с; t _р.з = 0,2 c.

2. Выбрать по всем условиям TV1 и TV2 – трансформаторы напряжения на сборных шинах 10 кВ (рис.5.4).

 

 

Рис.5.4.

3.

 

Рис.5.5

 

3.Выбрать по всем условиям трансформаторы тока ТА1, ТА2 на стороне низшего напряжения автотрансформатора (рис.5.5).

S _{ном АТ} = 100 МВА.

; ; Т_а,ск= 0,14 с;

Т _ас = 0,08 с; t _р.з = 0,15 c.

 

 

4.

4 8 12 16 20 t, ч

S max, МВА

Sном,т=40МВА

UномВН=110кВ

ТА

∆

UномНН=10кВ

 

Рис.5.6.

Выбрать номинальный ток трансформаторов тока, установленных на низшем напряжении трансформатора, работающего по заданному графику (рис.5.6).

 

 

Содержание