6 Выбор защитной и коммутационной аппаратуры

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в условиях эксплуатации в трех основных режимах: длительном, перегрузки (с повышенной нагрузкой, которая для некоторых аппаратов достигает значения до 1,4 номинальной) и короткого замыкания (КЗ).

В длительном режиме надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается правильным выбором их по номинальному напряжению и току.

В режиме перегрузки надежная работа аппаратов и других устройств электрических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых еще гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса мощности.

В режиме КЗ надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается соответствием выбранных параметров устройств условиям термической и электродинамической стойкости. Для выключателей, предохранителей и выключателей нагрузки добавляется условие выбора их по отключающей способности.

6.1 Выбор выключателей и разъединителей

Выключатели высокого напряжения, в соответствии с ГОСТ 687-78, должны выбираться по следующим параметрам [2]:

-по напряжению уставки:

U_уст  U_ном ; (6.1)

-по длительному току:

I_max  I_ном ; (6.2)

где I_max - максимально возможный длительный ток через выключатель, А.

-по отключающей способности, которая проверяется по следующим условиям:

1. Симметричный ток отключения :

I_n,  I _{откл.ном} , (6.3)

где I_n,- действующее значение тока КЗ в момент времени  , кА;

I _{откл.ном} – номинальный ток отключения выключателя, кА;

2. Возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ:

, (6.4)

где i_а, = - апериодическая составляющая тока КЗ, в момент расхождения контактов , кА;

i_а,ном – номинальное допускаемое значение апериодической составляющей для времени , А;

_н – нормативное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % ;

I_по – начальное значение периодической слагающей тока КЗ, кА;

 - начальное время то начала КЗ до момента расхождения контактов, с;

 = t_з,min+t_с.в. , (6.5)

где t_з,min – минимальное время действия релейной защиты;

t_с.в. – собственное время отключения выключателя, с;

Т_а – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с;

  _н , (6.6)

где  - расчетное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % ;

; (6.7)

-проверка по включающей способности по двум условиям:

i_уд  i_вкл; (6.8)

I_п.о. I_вкл , (6.9)

где i_уд – ударный ток КЗ в цепи выключателя, кА;

i_вкл – наибольший пик тока выключателя, кА;

I_вкл – номинальный ток выключателя [9], кА.

-на электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельным сквозным токам КЗ:

I_п.о I_дин ; (6.10)

i_уд  i_дин, (6.11)

где I_дин – действительное значение периодической составляющей предельного сквозного тока КЗ, кА;

i_дин – наибольший пик (по справочнику для данного выключателя) [9], кА.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока короткого замыкания:

В_к  I²_тер  t_тер ; (6.12)

где В_к – тепловой импульс тока КЗ по расчету, кА²с;

I_тер – среднеквадратичное значение тока КЗ за время его протекания, кА;

t_тер – длительность протекания тока термической стойкости, с.

Расчет теплового импульса тока короткого замыкания для реальных энергосистем проводиться по формуле [10]:

В_к = I²_по (t_отк+Т_а), (6.13)

где t_отк – время действия тока КЗ, с;

t_отк = t_р.з. + t_отк.в , (6.14)

где t_р.з. – время действия основной релейной защиты, с;

t_отк.в – полное время отключения выключателя,с.

Для примера проведем проверку выбранного выключателя 35 кВ, согласно условий (6.1-6.14):

,

где Р_{мах,нагр} – нагрузка подстанции в режиме максимума;

[А];

по напряжению уставки:

35кВ = 35кВ ;

по длительному току:

72.14 А 1000 А;

I_n,  I _{откл.ном ;:} 1.56 кА  20 кА;

=t _з.мин + t_с.в ; =0.01+0.05=0.06 [с];

; [А];

;

  _н ; 4.9 %  36 %;

i_уд  i_вкл ; 3.55 кА  52 кА;

I_п.о. I_вкл ; 1.56 кА 20 кА;

I_п.о. I_дин ; 1.56 кА 20 кА;

В_к = I²_по (t_отк+Т_а); В_к = 1.56²  (1.08 + 0.02) = 2.68 [кА²с];

t_отк.=1+0.08 = 1.08 [с];

[кА²с];

2.68 кА²с  1200 кА²с.

В проекте предусмотрена установка на стороне 35 кВ вакуумных выключателей Siemens 3AF 01, в качестве вводных и линейных. Вакуумный выключатель Siemens 3AF 01 является трехполюсным открытым силовым выключателем для номинального напряжения до 36 кВ. Выключатель состоит из стальной конструкции приводной коробки с пружинным приводом и управляющими элементами, и базовой рамы с тремя полюсами, снабженными установленными на фарфоровых изоляторах вакуумными ламповыми переключателями , а также шальтштангами. Внешний вид выключателя представлен на рис 6.1.

Рисунок 6.1 - Внешний вид выключателя Siemens 3AF 01

В эксплуатации выключатели чрезвычайно надежны, мало нуждаются в техническом обслуживании, имеют малые габариты и вес (840 кг.), не подвержены воздействию температурных колебаний и не представляют угрозы возгорания. Расчетный механический срок службы силовых выключателей при нормальных условиях эксплуатации составляет 10.000 циклов.

Встроенные в вакуумные ламповые переключатели допущены к применению в соответствии с Предписанием по рентгеновскому излучению от 8.01.1987г. (Федеральный вестник законов I.стр.144) § 8 и ч.III абз.5 до значения установленного по DIN VDE/IEC номинального кратковременного переменного напряжения.

Для вывода в ремонт оборудования и обеспечения видимого разрыва, предусматриваем установку разъединителей РНДЗ-1(2)-35/1000 УХЛ1 Проверочный расчет выбора см. табл. 6.1

Таблица 6.1 Выбор аппаратуры на стороне 35 кВ

Условия выбора	Расчетные данные	Параметры SIEMENS-3AF01 43
Uуст  Uном	35 кВ	35 Кв
I раб,max  Iном	158 А	1000 А
In,  I откл.ном	1.79 кА	20 кА
iуд £ iвкл	4.3 кА	52 кА
Iп.о.£ Iвкл	1.79 кА	20 кА
Iп.о.£ Iдин	1.79 кА	20 кА
iуд £ iдин	4.3 кА	52 кА
Вк  I2тер  tтер	2.68 кА2с	1200 кА2с

Выключатели вакуумные серии BB/TEL предназначены для коммутации электрических цепей с изолированной нейтралью при нормальных и аварийных режимах работы в сетях переменного тока частоты 50 Гц с номинальным напряжением U=6-10 кВ.

Вакуумный выключатель(ВВ)-это коммутационный аппарат нового поколения, в основе принципа действия которых лежит гашение возникающей при размыкании контактов электрической дуги в глубоком вакууме, а фиксация контактов вакуумных дугогасительных камер (ВДК) в замкнутом положении осуществляется за счет остаточной индукции приводных электромагнитов(“магнитная защелка“).

Оригинальность конструкции ВВ/TEL позволила достичь следующих преимуществ по сравнению с другими коммутационными аппаратами:

• высокий механический и коммутационный ресурс;

• малые габариты и вес;

• небольшое потребление энергии по цепям управления;

• возможность управления по цепям постоянного, выпрямленного и переменного оперативного тока;

• простота встраивания в различные типы КРУ и КСО и удобство организации необходимых блокировок;

• отсутствие необходимости ремонта в течении всего срока службы;

Проверочный расчет выбора представлен в табл. 6.2

Таблица 6.2 Выбор аппаратуры на стороне 10 кВ

Условия выбора	Численное Значение	BB/tel-10-12.5/630У3
UномUсети	Uсети =10 кВ	Uном=10кВ
IномIраб,max	Iраб,max=188.3А	Iном =630А
Iоткл  Iкз	Iкз=4.33 кА	Iоткл=12.5кА
iпр.сквiуд	iуд=10.6 кА	Iпр.скв=12.5 кА
I2t Bк	Bк=66.3кА2с	-