8. РАСЧЁТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ 1 Расчёт токов КЗ в сетях напряжением выше 1 кВ
9.6 Выбор автоматических выключателей
Выбор автоматических выключателей осуществляется по следующим условиям:
ном.а р
I I (9.33)
ном.р р
I I (9.34) где Iном.а – номинальный ток автомата, А; Iном.р – номинальный ток теп- лового расцепителя автомата, А; Iр – расчётный ток линии, защищаемой ав- томатом, А.
откл к,
I I (9.35) где Iоткл,Iк, - соответсвтенно расчетный и предельный ток отключения корокого замыкания, кА.
Проведём выбор автоматических выключателей, устанавливаемых во вводных панелях на стороне 0,4 кВ цеховых трансформаторов.
Расчетный ток для однотрансформаторных ТП:
т нр
н
I S
3 U
, (9.36) где Iнр – номинальный ток расцепителя выключателя, А.
Расчетный ток для двухтрансформаторных ТП:
т нр
н
1, 4 3 I S
U
. (9.37)
Проверку надежности отключения автоматом аварийного участка сети при однофазном КЗ в любой зоне производится по условию для автоматов с номинальным током более 100А:
к(к) 1, 25 ср.р
I I , (9.38)
для невзрывоопасных зон:
к(к) 3 ном.р.
I I , (9.39)
Приведём пример для выбора автоматических выключателей в ТП1:
Данная подстанция является двухтрансформаторной, следовательно для выбора автомата воспользуемся выражением (9.44):
нр т
н
1, 4 1, 4 630
3 S 3 0, 4 1273 А
I U
= =
Выключатели допускают регулировку номинального тока уставки мак- симального расцепителя (Iнр) тремя ступенями в пределах от номинального тока выключателя Iном до 0,8·Iном или до 0,63·Iном.
Выбираем автомат ВА55-43 с Iном=1600 А, Iнр=1600 А > 1273 - условие выполняется, поэтому номинальный ток уставки максимального расцепителя выбираем равным Iнр=1600 А.
Произведем проверку автоматического выключателя ВА55-43 на пре- дельно отключаемый ток по условию и чувствительность срабатывания к то- ку КЗ из условия (9.39) и (9.40):
36кА ≥ 18,57 кА;
10,103 кА ≥ 1,25 ∙ 1,6 = 2 кА.
10,103 кА ≥ 3∙ 1,6 = 4,8 кА
Аналогично производим выбор остальных автоматов. Номинальные токи секционных выключателей выбираются на ступень ниже номинальных токов вводных автоматов. Результаты расчёта сводим в таблицу 9.15 и 9.16.
Таблица 9.20 – Выбор секционных выключателей 0,4 кВ ТП 𝐼к𝑚а𝑥,
кА 𝑖у, кА Тип выключа-
теля 𝐼на, А 𝐼нр, А 𝐾отс 𝐼откл, кА ТП1 10,103 18,573 ВА 55-43 1250 1250 2 31 ТП4 10,087 18,545 ВА 55-43 1250 1250 2 31
Таблица 9.19 – Выбор автоматических выключателей 0,4 кВ ТП 𝐼к𝑚а𝑥,
кА 𝑖у, кА 𝐼р, А Тип выклю-
чателя 𝐼на, А 𝐼нр, А 𝐾отс 𝐼откл , кА ТП
1 10,103 18,573 1273 ВА 55-43
1600 1600 2 31 ТП
2 12,21 22,447 1443 ВА 55-43
1600 1600 2 31 ТП
3 10,08 18,533 909,3 2
ВА 55-43
1000 1000 2 31 ТП
4 10,087 18,545 1273 ВА 55-43
1600 1600 2 31
Выберем автоматические выключатели для защиты конденсаторных установок. Конденсаторные установки должны иметь защиту от токов КЗ, действующую на отключение без выдержки времени. Номинальный ток БНК определяется по формуле:
нр нк БНК н
1,3 3 I I Q
U
=
. (9.40) Для БНК, установленном на ТП 1, типа АКУ-0,4-220-20У3:
нр нк
1,3 220
412,8
3 0, 4 А
I I
= =
.
По [1] выбираем автомат ВА55-41 с Iном=630 А, Iнр=504 А.
Аналогично производим выбор автоматов для остальных БНК. Резуль- таты расчета сводим в таблицу 9.17.
Таблица 9.21– Автоматические выключатели для БНК
№ ТП QБНК,
квар IНК, А Тип
выключателя Iном, А Iнр, А
ТП1 2х220 412,8 ВА 55-41 630 504
ТП2 1x240 450,33 ВА 55-41 630 504
ТП3 1x450 844,37 ВА 55-41 1000 1000
ТП4 2x250 469,09 ВА 55-41 630 504
10 РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА И АВТОМАТИКА ЭЛЕМЕНТА СИ- СТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Проектируются к установке следующие виды РЗиА для элементов электроснабжения завода, согласно:
а) на кабельных линиях питающих РП предприятия от ПC 110/10 кВ установим максимальную токовую защиту (МТЗ), токовую отсечку (ТО) без выдержки времени, защиту от замыканий на землю, автоматическое повтор- ное включение (АПВ), устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ) ;
б) на вводном выключателе (выключатель марки ВВ/TEL-10-630) РП предприятия установим логическую защиту шин (ЛЗШ), дуговую защиту (ДЗ), устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВЗ) , автома- тическое повторное включение (АПВ) и автоматический ввод резерва (АВР);
в) на секционном выключателе (выключатель марки ВВ/TEL-10-630) РП предприятия установим МТЗ и автоматический ввод резерва (АВР), устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ);
г) для защиты отходящих от РП к ТП магистралей примем к установке МТЗ, ТО без выдержки времени, защиту от замыканий на землю, устройство резервирования при отказе выключателя (УРОВ);
д) для защиты трансформаторов цеховых подстанций устанавливают защиту от однофазных коротких замыканий на землю на стороне низшего напряжения. Защиту от однофазных коротких замыканий на землю осу- ществляем автоматическим выключателем с расцепителем максимального тока, установленным на стороне низшего напряжения;
е) защита секций и АВР на стороне 0,4кВ ТП осуществляется автома- тическими выключателями (выбор автоматических выключателей был про- изведён в девятом разделе дипломного проекта);
ж) защита элементов в сети 0,4кВ. Основной защитой в таких сетях яв- ляется токовая защита. Защита осуществляется плавкими предохранителями и автоматическими выключателями.
Поскольку объемом дипломного проекта не предусматривается выбор всех перечисленных элементов релейной защиты и автоматики, в качестве примера ограничимся расчетом параметров защиты секционного выключате- ля на РП 10 кВ предприятия.
Рисунок 10.1- Поясняющая схема для выбора параметров защиты сек- ционного выключателя
Рассчитаем уставку МТЗ секционного выключателя. Ток срабатыва- ния защиты
отс сз
сз р
в
k k
I I
k
= , (10.1)
где kотс – коэффициент отстройки реле, kотс =1,1;
kсз – коэффициент, учитывающий самозапуск электродвигателей;
kв – коэффициент возврата реле, kв =0,95. Ток срабатывания реле МТЗ
ср сх сз
Т
I K I
= n , (10.2)
где Kсх – коэффициент схемы, для неполной звезды Kсх =1. nТ – коэффициент трансформации трансформаторов тока.
Для трансформаторов тока типа ТОЛ-10-200/5-0,5/10Р У3, которые установлены в камере секционного выключателя, nТ =200 / 5=40.
Определим коэффициент самозапуска. Для этого сначала найдем мак- симальные рабочие и пусковые токи АД и трансформаторов и сведем в таб- лицу 10.1:
ном.дв дв
ном
400 27,43 A.
3 cos 3 10 0,946 0,89
I Р
U
= = =
Таблица 10.1 – Результаты расчета токов
Наименование Мощность Iном, А Kп Iпуск, А
АД 400 кВт 27,43 5,3 145,37
2хТМГ-33/630 630 кВА 36,37 2,9 105,47
ТМГ-33/100 1000 кВА 57,73 2,9 167,41
Сумма - 157,9 - 523,72
Определим сопротивление системы:
с ном(3)
10 1,059 Ом.
3 5, 45 3 к
x U
I
= = =
Определяем сопротивление трансформатора ТРДН-40000/110, пита- ющего одну шину РП:
2 2
ном тр к
ном
1,875 10,5 10
0, 492 Ом.
100 100 40
U x U
S
= = =
Рассчитаем эквивалентное сопротивление нагрузки:
нагр ном
пуск
10000
11,024 Ом.
3 3 523,72
x U
= I = =
Определяем ток самозапуска:
сз ном
нагр тр с
10000
459,125 А.
3 ( ) 3 (11,024 0, 492 1,059)
I U
x x x
= = =
+ + + +
Тогда коэффициент самозапуска будет равен:
сз сз
раб
459,125 157,9 2,9.
k I
= I = =
Тогда ток срабатывания защиты по (10.1)
сз 1,1 2,9
262,16 880,306 I = 0,95 = А.
Следовательно, ток срабатывания реле в соответствии с (10.2)
р 1
880,306 22,008
с 40
I = = А.
Минимальный ток в реле при двухфазном КЗ
(2) сх кз(3) сх кз
р.min
Т Т
3
K 2 I
K I
I n n
= = , (10.3)
где Iкз(3) – ток трехфазного КЗ на шинах РП, Iкз(3) =5,45 кА (из табли-
3 р.min
1 3 5, 45 10
2 117,99
I 40
= = А.
Коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ
р.min ч
cр
k I
= I ; (10.4)
ч 2,0
k . (10.5)
ч 117,99
5,361 2,0 22,008
k = = ,
следовательно, МТЗ будет успешно срабатывать.
Выдержка времени защиты отходящих от РП линий tсз.л =0, 4 с. Вы- держка времени МТЗ на секционном выключателе должна быть на ступень больше выдержки времени защиты отходящих линий:
tсз =tсз.л + t; (10.6)
сз 0,4 0,4 0,3 0,7
t = + =t + = с.
Время действия АВР выбирается исходя из следующих условий:
1) условия отстройки от времени срабатывания защит, в зоне действия которых КЗ могут вызвать снижение напряжения:
tср.АВР + t1 t; (10.7)
где t1 – наибольшее время срабатывания защит присоединений;
t – ступень селективности; =t 0,3 с.
2) по условию согласования с другими видами устройств противоава- рийной автоматики.
Принимаем время срабатывания АВР по (10.7)
ср.АВР 0, 4 0,3 0,7
t = + = с.
На листе 6 графической части показана принципиальная схема релей- ной защиты секционного выключателя на РП 10 кВ. Коротко опишем работу схемы защиты.
Опишем работу схемы защиты. Релейная защита и автоматика секци- онного выключателя осуществляется блоком А, который осуществляет функцию «токовой отсечки», действующей некоторое время после включе- ния секционного выключателя Q3 (BB/TEL-10-630 У3) и «МТЗ» с выдержкой времени. Блок А также производит АВР выключателя и контролирует поло- жение разъединителей QS1,QS2 (РВЗ 10-630 У3) и выключателя Q3.
В схеме имеется возможность ручного управления выключателем Q3 с помощью переключателя SA1 и кнопок SB1,SB2.
Контроль неисправностей питания осуществляется с помощь сигналь- ной лампы SB3. При отключенном выключателе и отсутствии неисправно- стей во вторичных цепях горят сигнальные лампы HL2 и HL4.
Для контроля температуры служит термостат SK1.
Коротко опишем работу схемы защиты.
При отключении одного из рабочих вводов (выключатель Q1 или Q2) сраба- тывает промежуточное реле KL2 и KL4. Реле KL4 своим контактом KL4 включает блок релейной защиты А. Реле KL2 подает сигнал на блок управле- ния выключателем AF3 и выключатель включается. При включении Q3 гас- нет сигнальная лампа HL2 и загорается HL1. Если включение выключателя произошло на короткое замыкание, то блок А функцией «токовой отсечки»
отключит выключатель без выдержки времени и запретит его повторное включение. Если КЗ произошло через некоторое время после включения вы- ключателя, то блок А функцией «МТЗ» отключит выключатель через проме- жуточное реле KL2 с выдержкой времени.
11. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ, УЧЕТ И ЭКОНОМИЯ