Выбор и проверка выключателей напряжением 1... 220 кВ

Выключатели выбирают по номинальным значениям напряжения и тока, роду установки и условиям работы, конструктивному выполнению и коммутационной способности. Выбранные выключатели проверяют на стойкость при сквозных токах КЗ.

В справочниках приводятся следующие технические данные выключателей внутренней и наружной установки: тип, конструктивное исполнение, номинальное напряжение и_номв, наи­большее рабочее напряжение, номинальный ток 1_номв, предельный сквозной ток при КЗ (дейст­вующее значение периодической составляющей и амплитудное значение 1_дин), предельный ток термической стойкости 1_тер._в, время протекания тока термической стойкости 1_тер._в, номинальный ток отключения 1_ном._отк минимальная бестоковая пауза при автоматическом повторном включе­нии (0,4...0,5 с), собственное время включения выключателя с приводом t_св, масса выключателя (90...27000 кг), тип привода.

Выбор выключателей производится по следующим параметрам.

1. По номинальному напряжению

u > U .                                                                         (151)

^ ном.в ^ ном.у                                                                                                                                                               ^[3]            '

2. По току продолжительного режима

I > I ,                                               (15.2)

J- ном.в -L на                                                                                                                                                              ^{4                                 у}

в качестве расчетного тока продолжительного режима принимают ток послеаварийного режима 1_па.

Послеаварийный (форсированный) режим возникает при отключении одной из парал­лельно работающих цепей.

3. По отключающей способности:

на отключение периодической составляющей расчетного тока КЗ

I > I ,                                                                               (15.3)

J- ном.отк J- Пт                                                                                                                                                       ^х          '

где 1_пт - действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент т расхо­ждения контактов выключателя;

на отключение полного (суммы периодической и апериодической составляющих) рас­четного тока КЗ

\

д/21 Пт + Ia

номинальный ток отключения выключателя; р_н

степень асимметрии от­ключаемого тока, т. е. номинальное значение содержания апериодической составляющей в от­ключаемом токе, %; р_ном =/(т) определяется по кривой рис. 15.1, если т > 0,08 с, то р_ном = 0; т - наименьшее время отключения от начала КЗ до момента расхождения дугогасительных контак­тов, т = +4_ащ, здесь 4_ащ = 0,01 с - минимальное время действия защиты, - собственное вре­мя отключения выключателя с приводом, !_ат - значение апериодической составляющей тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя.

При наличии автоматического повторного включения - АПВ отключающая способность снижается, что учитывается введением коэффициента Кш_В

( о \

V2 I ном.отк К АПВ

Коэффициент уменьшения отключающей способности указывается приближенно: для воздушных выключателей К_АПВ = 1; для масляных выключателей - К_АПВ = 0,7.

Расчетный допустимый ток отключения при напряжении установки и_ном._у , меньшем но­

минального напряжения выключателя и_ном._в> U

(15.6)

I t > В,

-Л. терм. в v тнрм JS к ^J

где В_к - расчетный тепловой импульс тока КЗ; /г_ермв - предельный ток термической стой­кости, равный предельному току отключения выключателя; ^_ерм - время протекания тока тер­мической стойкости, ^_ерм = 4 с при и_номв < 35 кВ, ^_ерм = 3 с при и_номв > 110 кВ.

5. По электродинамической стойкости

i > i ,

дин уд

где /_дин - амплитудное значение тока динамической стойкости; /_уд -ударный ток трехфаз­ного КЗ.

Основные условия выбора выключателей нагрузки (ВНП) те же, что и для выключате­лей, но при проверке выключателя нагрузки по току отключения за расчетный принимается ток форсированного режима, а не ток КЗ.

Выбор и проверка предохранителей напряжением выше 1 кВ

Предохранители выбирают по конструктивному выполнению, номинальным значениям напряжения и тока, предельным отключаемым току и мощности, роду установки (наружная, внутренняя) и, в некоторых случаях, с учетом избирательной защиты линии.

Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать номинальному на­пряжению установки (сети). Быстродействующие предохранители с кварцевым песком (типа ПК) значительно ограничивают ток КЗ и приближают фазовый угол тока к нулю благодаря ак­тивному сопротивлению дуги. Поэтому при их выборе не учитывают апериодическую состав­ляющую тока КЗ.

Номинальный ток плавкой вставки следует выбирать так, чтобы она не расплавилась при максимальном токе форсированного режима и пиковых токах.

Выбранные предохранители проверяют на стойкость при сквозных токах КЗ.

Наибольшая допустимая температура нагрева частей предохранителя в длительном ре­жиме Umax = 105°С.

В справочниках приводятся следующие технические данные предохранителей внутрен­ней и наружной установки: серия и тип; номинальное напряжение и_{ном пр}; наибольшее рабочее напряжение; номинальный ток предохранителя 1_{ном пр}; номинальный ток патрона предохрани­теля I_номппр номинальный ток плавких вставок I_{ном вст} номинальный ток отключения I_нопр ; наименьший отключаемый ток предохранителя I_{нмо пр}; предельная симметричная трехфазная мощность отключения - £_{н о пр}

Выбор предохранителей производится по следующим параметрам:

1) по номинальному напряжению

U ^ U ;                                                                (15.9)

ном. пр              ном.

2) по току продолжительного режима

I > I > I_П;                                                            (1510)

-L ном.пр -L ном.вст -L Па^{?                                                                                  х}  '

3) по отключающей способности

на отключение периодической составляющей расчетного тока КЗ

I > I ,                                                                      (15.11)

ном. отк          П 0

где /_п0 - начальное действующее значение периодической составляющей тока КЗ.

Выбор и проверка разъединителей, отделителей, короткозамыкателей

Разъединители и отделители выбирают по конструктивному выполнению, номинальным значениям напряжения и тока, роду установки (наружная, внутренняя), стойкости токам КЗ. Короткозамыкатели характеризуются также номинальными токами включения.

В справочниках приводятся следующие технические данные разъединителей и отделите­лей внутренней и наружной установки: тип, исполнение полюсов, номинальное напряжение U_номр, номинальный ток разъединителя !_номр, амплитудное значение предельного сквозного

тока при КЗ /_дин, предельный ток термической стойкости I , время протекания тока терми­ческой стойкости t , масса разъединителя (50... 1500 кг), тип привода. Для отделителей также приводится полное время отключения от подачи команды на привод до полного отключения (0,4-0,6 с).

Выбор разъединителей и отделителей производится по следующим параметрам:

1) по номинальному напряжению

U > U ;                                                                       (15.12)

^ ном.р ^ ном.у                                                                                                                                                            ⁴              '

2) по току продолжительного режима

I > I_П;                                                                          (15.13)

-L ном.р -L Па^{?                                                                                                   х}    '

3) по   термической стойкости

(I )²1 > В;                                                                (1514)

^X-L терм.р^у v тнрм JS к^{7                                                                                                                                                                                                                                                                        4                               у}

t = 4c при U £ 35кВ;

V терм                         ¹                      ном.в

t = 3c при U £ 110кВ;

V терм                        ^±             У-У ном.в

4) по электродинамической стойкости

i > i .                                                                   (15.15)

дин уд

В справочниках приводятся следующие технические данные короткозамыкателей на­ружной установки: тип, номинальное напряжение Т_номкз, амплитудное значение предельного сквозного тока при КЗ /_дин, предельный ток термической стойкости /_{терм к з} время протекания тока термической стойкости t , полное время включения от подачи команды на включение до

касания контактов (0,16...0,35 с), масса короткозамыкателя (40...250 кг), тип привода.

Выбор короткозамыкателей производится по следующим параметрам:

1) по номинальному напряжению

U > U ;                                                                       (1516)

^ ном.к.з ^ ном.у                                                                                                                                                          ⁴              '

2) по термической стойкости

(I )²1 > В ;                                                                (1517)

^VJ- терм.р' v тнрм JS к^{?                                                                                                                                                                                                                                                                                   4                                у}

3) по   электродинамической стойкости

i > i .                                                                             (15.18)

дин уд

Выбор и проверка реакторов

Токоограничивающие реакторы выбирают по номинальным значениям напряжения, тока и индуктивного сопротивления, проверяют на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ. Оптимальное значение тока КЗ следует определять с учетом экономического фактора и обеспечения необходимого качества электроэнергии (ограничения отклонений и колебаний на­пряжения при резкопеременных толчковых нагрузках). Как правило, ток КЗ в сетях систем электроснабжения должен позволять применение аппаратов и проводников серийного произ­водства.

В зависимости от места установки реакторы разделяются на линейные, групповые и сек­ционные (рис. 15.2). Линейные реакторы рекомендуется устанавливать после выключателя, со стороны линии. Причем отключающая способность выключателя выбирается по мощности КЗ, ограниченной реактором.

Одинарные бетонные реакторы (с одной обмоткой) серий РБ, РБУ, РБГ, РБД выпус­каются с номинальным напряжением Т_номр = 10 кВ. В справочниках приводятся следующие

технические данные одинарных реакторов: тип; номинальное индуктивное сопротивление Х_р, Ом или % (отн. ед.); номинальные потери активной мощности на фазу; длительно допустимый номинальный ток при естественном охлаждении /_номор (400... 3 200 А); электродинамическая стойкость /_дин токам КЗ; термическая стойкость токам КЗ t_TepM = 8 с; габаритные размеры: на­ружный диаметр по бетону (1430... 2140 мм), высота (2 870 ...4 335); масса.

Номинальное индуктивное сопротивление одинарного реактора, Х_р %, при Х_р, Ом;

т а- тт _кВ:

ном.о.р                   ном.р

Х% = Х ^{1 номор}^.                                                      (15.19)

yv Р                 yv Р л AT т                                                                                     ^v       ^

н

ном.

Рис. 15.2 Принципиальные схемы включения линейных (одинарных и сдвоенных) реакторов Потери напряжения в реакторе в нормальном режиме, %, к номинальному напряжению:

DU% = ^Xp%sin j ,                                                 (15.20)

-L нагр

где I_нагр - ток нагрузки реактора.

Остаточное напряжение на сборных шинах подстанции при КЗ за реактором на отходя­щей линии:

Ucm % = X р %; U_OCm * 0,6U ном, • (¹⁵.²¹)

ном.о. р

Необходимая реактивность реактора при заданном остаточном напряжении:

Х % = U %.                                                               (15.22)

р                     ост

т nt

Ток трехфазного КЗ за реактором, соответствующий действительному времени отключе­ния КЗ,

Т % = ^{1001 номор}                                                                  (15.23)

^{Т П} Хр % + Х_с %

где Х_с% - эквивалентное сопротивление сети до реактора, отнесенное к номинальной проходной мощности реактора, или суммарное сопротивление цепи до точки КЗ без реактора.

Необходимое сопротивление реактора (отн. ед.), отнесенное к базисным току 1_б и напря­^{жению U}б = ^.у ^:

Х^ р*б 0Хдоп*б ^-Х с*                                                                                                                        ^v '

где Х_доп*_б - наименьшее допустимое расчетное (относительное) сопротивление цепи КЗ при заданном допустимом токе КЗ 1_пдоп :

ХХ доп*б j .                                                                                                                                                       ⁽¹⁵²⁵⁾

1 Пгдоп

Искомое сопротивление одинарного реактора в отн. ед. при его номинальном токе и на­пряжении

Х - Х _б ^{1 номориб}.                                                                (15.26)

i р*н Sр*б Т Т Т

-L          ном.р

По каталогу выбирается стандартный реактор с индуктивным сопротивлением, ближай­шим большим расчетного.

Сдвоенные бетонные реакторы (с двумя обмоткой) серий РБС, РБСУ, РБСГ, РБСД вы­пускаются с номинальным напряжением и_номр =10кВ.

Принципиальная схема включения сдвоенного реактора приведена на рис. 15.3.

Для сдвоенного реактора характерными величинами являются индуктивность обмоток L и их взаимная индуктивность М. Отношение M/L называют коэффициентом связи к_св. Для при­меняемых на практике реакторов к_св = 0,4... 0,6. Индуктивности определяются по формулам

xl - 2pfL ; Xm - 2pfM ^,

где X_L - сопротивление одной ветви сдвоенного реактора; Х_м - сопротивление взаимоин­дукции ветвей сдвоенного реактора.

За номинальный ток сдвоенного реактора принимают ток одной ветви /_номср, средний

зажим рассчитан на двойной ток.

Наличие магнитной связи между двумя ветвями реактора обусловливает такой режим работы, когда ток / одной ветви реактора наводит в другой ветви реактора напряжение, равное 1Х_м = IX_L к_в, которое в свою очередь может иметь направление, совпадающее или противопо­ложное направлению падения напряжения в другой ветви реактора.

Таким образом, суммарное падение напряжения в сдвоенном реакторе зависит от на­правления токов в ветвях. Учитывая это, различают следующие характерные режимы работы сдвоенного реактора: сквозной, продольный, одноцепный (рис. 15.4)

При сквозном режиме цепь от источника тока присоединяют к среднему зажиму, а на­грузки приблизительно одинаковой величины - к его концам. Сквозной режим соответствует нормальному режиму. Токи, проходящие по обеим ветвям реактора, будут иметь противопо­ложные направления и соответственно уменьшать падения напряжения в каждой ветви. Реак­тивное сопротивление одной ветви при сквозном режиме уменьшается до

Хи~ - ^ (1—ксв).                                                               (¹⁵.²⁷)

Соответственно уменьшаются и потери напряжения в нормальном режиме, что является достоинством сдвоенного реактора по сравнению с одинарным.

При продольном режиме реактор как бы отключен от среднего зажима и происходит переток от одной секции в другую при КЗ на этой секции шин. Токи в ветвях одинаковы и на-

правлены в одну сторону. Результирующее сопротивление сдвоенного реактора в про­дольном режиме (режиме КЗ на одной из секций шин):

XЬппро = 2 Х L ⁽1 + k св⁾

и при к_св = 0,5

X_lnnpo = 3xl .                                                                           (¹⁵.²⁸)

При одноцепном режиме током обтекается одна ветвь реактора.

Падение напряжения между точками «0» и «1» равно падению напряжения в одинарном реакторе с индуктивным сопротивлением одной ветви, т.е. Хь_одн=Хь Этот режим возникает при увеличении тока в одной из ветвей реактора, например при КЗ или подключении резкоперемен- ной нагрузки.

В справочниках приводятся следующие технические данные сдвоенных реакторов: тип; номинальное индуктивное сопротивление X_L, Ом или % (отн. ед.); индуктивные сопротивления обеих ветвей X_Lпрод и X_Lcm Ом или % (отн. ед.); номинальный коэффициент связи к_св ; номи­нальные потери активной мощности на фазу; длительно допустимый номинальный ток при ес­тественном охлаждении 1_{номс р} = 630... 2100 А; электродинамическая стойкость i_duH токам КЗ;

термическая спойкость токам КЗ t_mepM = 8 с; электродинамическая стойкость при встречных то­ках КЗ; габаритные размеры: наружный диаметр по бетону (1490...2140 мм), высота (3640...4200 мм); масса фазы.

Номинальная реактивность X_{р сдв} % сдвоенного реактора при X_р , Ом; I_{HOM с} , А; U_HOM ,

кВ:

I л/3

-Л. ном.с.р Д/ w/

X % = X                  v .                                              (15.29)

р. сдв                       L

A         ном. р

Выбор сдвоенных реакторов производится по номинальному току, номинальному на­пряжению, индуктивному сопротивлению; проверка производится на электродинамическую и термическую стойкость токам КЗ, остаточное напряжение, потери напряжения. Потери на­пряжения в сдвоенном реакторе определяются по выражению

DU % = ^ X р.сдв %(1-k Jsin j ^,                            (¹⁵.³⁰)

-L нагр

где I_нагр - ток нагрузки ветви реактора.

Остаточное напряжение на шинах КЗ за одной из ветвей сдвоенного реактора определя­ется по выражению

где I_nt, - ток КЗ при повреждении за ветвью реактора; I - рабочий ток другой ветви реактора.

Выбор шин и изоляторов

Шины распределительных устройств выбирают по номинальным параметрам (току и на­пряжению) в соответствии с максимальными расчетными нагрузками и проверяют по режиму КЗ. Наибольшие напряжения в металле при ударном КЗ (см. гл. 14) не должны превосходить 70% допустимого по ГОСТ, что составляет: для меди марки МТ о _доп = 1400 кгс/см2 при и_ш= 250°С, для алюминия марки AT о _доп = 700 кгс/см2 при и_ш= 200°С. Сборные шины распредели­тельных устройств не проверяют на экономическую плотность тока.

Изоляторы выбираются по номинальному напряжению, номинальному току (проходные и линейные изоляторы), проверяются на разрушающее воздействие тока трехфазного КЗ на шинах и термическое действие тока КЗ.

Наихудшим видом силовой нагрузки для изоляторов является та, которая создает наи­больший изгибающий момент. Допустимое усилие Г_доп - 0,6Г_разр, определяемое из разрушаю­щего усилия Г_разр = (375...2000 кг) с учетом коэффициента запаса прочности, равного 0,6.