8.1. Выбор аппаратов по номинальным параметрам

Аппараты должны удовлетворять условиям длительной номинальной работы, режиму перегрузки (форсированный режим) и режиму возможных коротких замыканий. Аппараты должны соответствовать условиям окружающей среды (открытая или закрытая установка, температура, запыленность, влажность и другие показатели окружающей среды). Как правило, все элементы системы электроснабжения выбираются по номинальным параметрам и проверяются по устойчивости при сквозных токах короткого замыкания и перенапряжениях.

Номинальное напряжение аппарата соответствует классу его изоляции. Всегда имеется определенный запас электрической прочности, оговариваемый техническими условиями на изготовление и позволяющий аппарату работать длительное время при напряжении 10-15% выше номинального (максимальное рабочее напряжение аппарата). Отклонения напряжения на практике обычно не превышают этих величин. Поэтому при выборе аппарата достаточно соблюсти условие

(8.1)

где U_ном.а - номинальное напряжение аппарата; U_ном - номинальное напряжение электроустановки, в которой используется аппарат.

215

Повышению высоты установки аппарата над уровнем моря соответствует снижение применяемого напряжения. При высоте установки аппарата до 1000 м допускаются максимальные рабочие напряжения на аппарате. При больших высотах над уровнем моря напряжение не должно превышать номинального значения.

При протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды аппарат может работать неопределенно долго без недопустимого перегрева. Поэтому аппарат надлежит выбирать так, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи не превышал номинального тока, указанного в паспорте аппарата. Так как расчетная температура окружающей среды принята +35 °С, то при другой физической температуре окружающей среды _о.с следует вычислить длительно допустимый ток аппарата

где _доп - наименьшая из допустимых для отдельных частей аппарата температура.

При _о.с < 35 °С ток I₀ можно повысить относительно I_ном.а на 0,5% на каждый градус понижения температуры против +35 °С, но всего не более чем на 20%.

Аппараты, выбранные по номинальному напряжению и номинальному току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкость при токах короткого замыкания, на отключающую способность. Измерительные трансформаторы, кроме того, проверяются на соответствие их работы требуемому классу точности.

Индуктивное сопротивление токоограничивающих реакторов в зависимости от их назначения выбирается по требуемому снижению тока короткого замыкания за реактором (для снижения необходимой отключающей способности выключателей или для использования кабелей меньшего сечения), по 'минимальному допустимому напряжению на шинах (для обеспечения самозапуска асинхронных двигателей).

8.2. Выбор высоковольтных выключателей (ячеек)

Все высоковольтные потребители подстанций, питающиеся от 5УР и 4УР (цеховые трансформаторы, высоковольтные двигатели, батареи конденсаторов), подсоединяют посредством высоковольтных ячеек. Рекомендуется использовать комплектные ячейки КРУ и КСО. Такое решение позволяет существенно повысить производительность монтажных работ, сократить стоимость подстанций, повысить надежность электроснабжения и безопасность обслуживания. Выбор конкретной ячейки комплектного распределительного устройства зависит от токов рабочего режима и короткого замыкания в соответствующем присоедине-

216

нии, предопределяющих выбор выключателя или другого коммутационного аппарата.

В распределительных устройствах 10(6) кВ применяют мало масляные подвесные выключатели со встроенными пружинными и электромагнитными приводами, а также элегазовые, бесконтактные, вакуумные и другие выключатели. Маломасляные выключатели встраиваются в стационарные камеры одностороннего обслуживания, применяющиеся преимущественно в электроустановках средней мощности. Распространены шкафы серий КРУ и КР, комплектуемые выключателями ВМПЭ на номинальные токи до 3200 А и токи КЗ до 31,5 кА. Большой диапазон исполнений дает возможность применять выключатели ВМПЭ как для присоединения электроустановок средней мощности, так и на стороне вторичного напряжения крупных трансформаторов.

При больших мощностях короткого замыкания и больших рабочих токах рекомендуется использовать шестибаковые (по два на фазу) горшковые выключатели типа МГГ-10 с номинальным током 3200, 4000 и 5000 А и отключаемым током 30,45 и 60 кА. Для присоединения потребителей с частыми коммутационными операциями рекомендуется использовать шкафы КЭ с электромагнитными выключателями типа ВЭМ-6, ВЭМ-10 на токи 1000-3200 А.

Количество ячеек, присоединенных к секции шин, должно быть выбрано исходя из следующих потребностей: по одной ячейке на каждое проектируемое присоединение 10(6) кВ; по одной резервной ячейке на каждой секции шин; ячейка с межсекционным выключателем; ячейка с измерительным трансформатором напряжения на каждой секции ими; ячейка с вводным выключателем. Наиболее типичной схемой РУ 10 кВ промышленного предприятия является схема с одиночными секционированными шинами.

Выбор высоковольтных выключателей производят:

по напряжению электроустановки (8.1) и длительному току

где I_ном - номинальный ток выключателя, кА; I_рабmax. - наибольший ток утяжеленного режима, кА, I_рабmax = I_p по (2.5);

по электродинамической стойкости при токах короткого замыкания

где I_п0 — действующее значение периодической составляющей начального тока короткого замыкания, кА; I_дин, I_mдин - действующее значение периодической составляющей и амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя, кА; i_у - ударный ток короткого замыкания, кА.

Выключатель, выбранный по номинальному напряжению, номиналь-

217

ному продолжительному току и электродимической стойкости, должен быть проверен по отключающей способности на возможность отключения симметричного тока

I_п  I_{откл.ном},

где I_п - периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, кА; I_{откл.ном} - номинальный ток отключения выключателя, кА.

Расчетное время отключения выключателя  определяется в соот­ветствии с выражением

 = t_{р.з min}+t_{с.в.откл}, (8.2)

где t_{р.з min} минимальное время срабатывания релейной защиты, при­ нимаемое равным 0,01 с для первой ступени защиты и 0,01 + t_c для последующих ступеней, где t_c — ступень селективности. Значение t_c может быть принято равным 0,3—0,5с для быстродействующих защит; t_{с.в.откл} — собственное время отключения выключателя, с. Значение t_{с.в.откл} составляет 0,12с, МГГ-0,15с, для электромагнитных ВЭМ – 0,07с.

На отключение полного тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей выключатель проверять по выражению

где i_a - апериодическая составляющая тока в момент расхождения контактов выключателя, кА; _Н — нормированное процентное содержание апериодической составляющей тока короткого замыкания, значение определяется по кривой на рис. 8.1. Закон изменения апериодической составляющей описывается уравнением затухающей экспоненты

i_а = I_п0е^-t/Ta,

где Т_а – постоянная времени затухания, определяем по табл. 8.1.

По термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока короткого замыкания и найденным в каталоге значениям I_т и t_т:

В_кI²_тt_т

где В_к - расчетный импульс квадратичного тока короткого замыкания, к А²  с; I_т — ток термической стойкости выключателя, кА; t_т — длительность протекания тока термической стойкости, с.

218

При удаленном коротком замыкании значение теплового импульса тока короткого замыкания В_к может определяться по формуле

В_к = I²_п0(+Т_а),

где  - расчетное время отключения выключателя, с [см. (8.2) ] .

Таблица 8.1. Значение постоянной времени цепи короткого замыкания и ударного коэффициента k_у для различных мест короткого замыкания в системе

Место короткого замыкания	Та, с	kу
Шины станции 6-10 кВ с генераторами 30-60 МВт	0,185	1,95
За линейным реактором генераторного напряжения	0,125	1,93
Шины высокого напряжения РУ с трансформаторами 100 МВА и выше	0,14	1,94
То же с трансформаторами 32-80 МВА	0,115	1,92
Сборные шины 6-10 кВ понижающих подстанции с трансформаторами по 100 МВА и выше	0,095	1,9
То же с трансформаторами по 25-80 МВА	0,065	1,85
То же с трансформаторами 20 МВА и ниже и с трансформаторами 32 МВА с ращипленными обмотками	0,05	1,8
Токи короткого замыкания за реакторами с номинальным током, А:
1000 и выше	0,23	1,96
630 и ниже	0,1	1,9
РУ 6-10 кВ промышленных предприятий	0,01	1,37
На стороне вторичного напряжения понижающих трансформаторов мощностью 1МВА и менее	-	1,3
В распределительных сетях 0,4 кВ	-	1,1

219

Значение собственного времени отключения выключателя принимается для выбранного типа выключателя на основе вышеуказанных рекомендаций. Время действия релейной защиты может быть принято: при расчете кабелей и выключателей тупиковых присоединений ЗУР (высоковольтные двигатели, цеховые трансформаторы) t_р.з = 0,01с; для вводных выключателей РУ 6-10 кВ 4УР t_р.з = 0,5 4  0,6 с; для коммутационных аппаратов 5УР t_р.з = 1,2  2 с.

При коротком замыкании вблизи группы двигателей тепловой импульс определяется как суммарный от периодической В_к..п и апериодической В_к.а составляющих:

В_к = В_к.п + В_к.а;

где I_п0д - ток короткого замыкания от синхронных и асинхронных двигателей; I_п0с - ток короткого замыкания от системы; Т_д - постоянная времени эквивалентного двигателя. При отсутствии данных о типах двигателей можно принять значение Т_д равным 0,07 с.

Апериодические составляющие токов двигателей от системы затухают по экспонентам с близкими постоянными времени. Поэтому апериодическую составляющую тока в месте короткого замыкания можно представить в виде одной экспоненты с эквивалентной постоянной времени

Тепловой импульс от апериодической составляющей тока короткого замыкания

При наличии синхронных двигателей на соседней секции шин максимальное результирующее значение тока внешнего короткого замыкания определяется с учетом суммарной подпитки от обеих секций, так как секционный выключатель может быть включен. При проектировании подстанции промышленного предприятия возникает необходимость повторения процедур выбора аппаратов и токоведущих устройств столько раз, сколько отходящих линий имеется на предприятии.