Выбор и проверка основного высоковольтного

Электрооборудования

К коммутационным аппаратам выше  относятся высоковольтные выключатели, выключатели нагрузки, разъединители, отделители и короткозамыкатели. Все эти аппараты имеют свои назначения и области применения и, как следствие, к ним предъявляют соответствующие требования. Все данные аппараты должны удовлетворять условиям длительной работы, режиму перегрузки 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 запас электрической прочности, оговариваемый техническими условиями на изготовление и позволяющий аппарату работать длительное время при напряжении 10-15 % выше номинального (максимальное рабочее напряжение аппарата). Отклонение напряжения на практике обычно не превышают этих величин. Поэтому при выборе аппарата достаточно соблюсти условие:

                                                                                                    (86)

где   – номинальное напряжение аппарата;

 – номинальное напряжение сети.

При протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды аппарат может работать неопределенно долго без допустимого перегрева. Поэтому аппарат надлежит выбирать так, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи не превышал номинального тока, указанного в паспорте аппарата (расчетная температура окружающей среды принята +35⁰С).

                                                                                                     (87)

где  – номинальный ток аппарата;

 – наибольший ток утяжеленного режима.

Аппараты, выбранные по номинальному напряжению и номинальному току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкость при токах короткого замыкания. Ниже рассматриваются условия выбора и проверки для конкретного высоковольтного оборудования.

1. Выбор и проверка высоковольтных выключателей.

Высоковольтный выключатель – коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения цепей высокого напряжения, как в нормальном, так и в аварийном режимах. В пределах одного РУ рекомендуется применять однотипные выключатели.

В распределительных устройствах 6 – 10  применяют маломасляные подвесные выключатели с пружинными и электромагнитными приводами, а также элегазовые, бесконтактные, вакуумные и другие выключатели.

Выбор высоковольтных выключателей осуществляется по условиям :

- по электродинамической стойкости при токах короткого замыкания (выключатель проверяется по одному из условий):

                                             или ,                                  (88)

где  – действующее значение периодической составляющей начального тока короткого замыкания, ;

,  – действующее значение периодической составляющей и амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя, ;

    – ударный ток короткого замыкания, .

- по отключающей способности на возможность отключения симметричного тока:

                                                       ,                                           (89)

где – периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, ;

 – номинальный ток отключения выключателя, .

Расчетное время отключения выключателя определяется в соответствии с выражением:

                                                        ,                                         (90)

где  – время срабатывания релейной защиты (  для каждой из последующих ступеней, );

   – время отключения выключателя, .

- по термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока КЗ:

                                                              ,                                         (91)

где   – расчетный импульс квадратичного тока короткого замыкания, ; 

 – ток термической стойкости выключателя, ;

 – длительность протекания тока термической стойкости, .

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

                                           ,                                            (92)

где – расчетное время отключения выключателя, ;

 – постоянная времени затухания апериодической составляющей, .

Значение постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ зависит от места короткого замыкания.

2. Выбор и проверка разъединителей, отделителей и короткозамыкателей.

Разъединитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрических цепей высокого напряжения при отсутствии в них тока и для создания видимого разрыва цепи. ПУЭ допускает производство некоторых операций разъединителями при протекании небольших токов. Короткозамыкатели и отделители – это специальные разъединители, имеющие автоматически действующие привода. При выборе типа этих аппаратов необходимо учитывать род установки и конструктивное исполнение. Условия выбора и проверки этих аппаратов приведены в таблице 6.5.

 

Таблица 6.5 - Проверка разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Расчетный параметр цепи	Каталожные данные аппарата	Условия выбора и проверки
	;

где  – амплитудное значение предельного сквозного тока КЗ.

При соблюдении данных условий считается, что коммутационный аппарат выбран верно.

3. Выбор и проверка выключателей нагрузки и предохранителей.

В целях снижения стоимости распределительного устройства 6 – 10  подстанции вместо силовых выключателей небольшой и средней мощности можно применять выключатели нагрузки, способные отключать рабочие токи линий, трансформаторов и других электроприемников. Для отключения токов короткого замыкания, превышающих допустимые значения для выключателей нагрузки, последние комплектуются кварцевыми предохранителями ПКТ. Такой комплект получил название ВНП. При проектировании необходимо учитывать, что при каждом отключении выключателя нагрузки происходит износ газогенерирующих дугогасящих вкладышей, ограничивающих число допустимых отключений.

Аппараты ВНП могут применяться для присоединения трансформаторов мощностью до 1600 , батареи конденсаторов до 400 .

Рекомендуется установка выключателя нагрузки после предохранителя, считая по направлению тока от источника питания, что следует иметь в виду при вычерчивании однолинейной схемы соединений подстанции

Выбор выключателей нагрузки производится по тем же условиям, что и разъединителей. При выборе аппаратов ВНП в РУ 6 – 10  необходимо учитывать недостаточную чувствительность предохранителей к перегрузкам.

В ОРУ 35 – 110  возможно применение стреляющих предохранителей. Мощность трансформаторов, защищаемых стреляющими предохранителями, ограничена значениями 4000 – 6300 . В закрытых помещениях установка их не допускается.

 

Таблица 6.6 - Рекомендуемое соответствие токов предохранителей ПКТ

                              и защищаемых электроприемников

Номинальный ток защищаемого ЭП,	Номинальный ток плавкой вставки предохранителя,	Номинальный ток защищаемого ЭП,	Номинальный ток плавкой вставки предохранителя,
0,5	2	20	40
1	3	30	50
2	5	55	75
3	7,5	70	100
5	10	100	150
8	15	145	200
10	20	210	300
15	30	300	400

 

При выборе предохранителей следует обратить особое внимание на то, что их можно применять лишь в сетях и электроустановках с напряжением, соответствующим номинальному напряжению предохранителя. Применение предохранителей с номинальным напряжением, отличным (большим или меньшим) от номинального напряжения сети, не допускается. Условия выбора предохранителей приведены в таблице 6.7, в ней  – предельный (наибольший) ток отключения предохранителя, .

 

Таблица 6.7 - Проверка выключателей нагрузки и предохранителей

Расчетный параметр цепи	Номинальные параметры предохранителя	Условия выбора и проверки

 

Номинальные токи плавких вставок предохранителей ПК следует выбирать так, чтобы не возникало ложное срабатывание предохранителя вследствие толчков тока при включении трансформатора на небольшую нагрузку, а также при включении электродвигателей или батарей конденсаторов. Для выполнения этого условия ток плавкой вставки выбирается в 1,4 – 2,5 раза больше номинального тока защищаемого электроприемника. С учетом этого выбор предохранителя следует производить на основе данных таблицы 6.6.

4. Выбор и проверка реакторов.

Реакторы устанавливаются на сборных шинах подстанций или питающих линиях для ограничения тока (мощности) короткого замыкания; на шинах подстанций или питающих линиях для обеспечения необходимого значения остаточного напряжения на шинах подстанций; для ограничения пусковой мощности при пуске асинхронных или синхронных двигателей.

Выбор реактора может производиться по заданному снижению тока короткого замыкания или по заданному значению остаточного напряжения.

Необходимая реактивность реактора (%) при заданном снижении тока короткого замыкания определяется по формуле:

                      ,                (93)

где  – ток (мощность) короткого замыкания до реактора, не ограниченный реактором;

   – ток (мощность) короткого замыкания, соответствующий длительному времени отключения и ограниченный реактором;

   – номинальный ток (номинальная проходная мощность)

                  реактора.

Если известно относительное снижение тока за реактором: , то реактивность реактора (%) может определяться по формуле:

                                            .                                     (94)

Необходимая реактивность реактора (%) при заданном остаточном напряжении определяется по формуле:

                                             ,                                    (95)

где  – относительное снижение напряжения;

   – остаточное (номинальное) напряжение установки.

Относительное снижение тока  и относительное снижение напряжения  связаны зависимостью .

Ток и мощность короткого замыкания за реактором:

                              ; ,                 (96)

где  – эквивалентное сопротивление сети до реактора (%), отнесенное к номинальной мощности реактора.

Остаточное напряжение на реакторе (%):

                               .                       (97)

При выборе пусковых реакторов минимальное понижение напряжения , необходимое при пуске, определяется из условия

                                           ,                                               (98)

где  – требуемая при пуске кратность пускового момента электродвигателя;  – номинальная кратность пускового момента электродвигателя при непосредственном включении на полное напряжение сети.

Кратность пускового тока:

                                                  .                                                       (99)

Стандартные реакторы, используемые для пуска, рассчитаны на одноминутную работу при номинальном токе.

Эффективность применения реактора тем выше, чем ближе расположена подстанция промышленного предприятия к источнику питания системы. Если на предприятии имеются собственные генерирующие установки, связанные с шинами 10  подстанции, то можно рекомендовать применение реакторов в межсекционной связи. Применение реакторов должно быть экономически обосновано, так как установка линейных, секционных или групповых реакторов должна обеспечивать экономию за счет применения более дешевых ячеек с выключателями и кабелей меньшего сечения.

5. Выбор и проверка трансформаторов тока.

Для контроля за режимом работы электроприемников, а также производства коммерческого расчета с энергоснабжающей организацией применяют контрольно-измерительные приборы на подстанциях, присоединяемые к цепям высокого напряжения через измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Трансформаторы тока выбираются по номинальному напряжению, номинальному первичному току и проверяются по электродинамической и термической стойкости к токам КЗ. Особенностью выбора трансформаторов тока является выбор по классу точности и проверка на допустимую нагрузку вторичной цепи. Трансформаторы тока для присоединения счетчиков, по которым ведутся коммерческие расчеты, должны иметь класс точности 0,5. Для технического учета допускается применение трансформаторов тока класса точности 1, для включения указывающих электроизмерительных приборов – не ниже 3, для релейной защиты – класс 10(Р), чтобы погрешность трансформатора тока не превысила допустимую для данного класса точности, вторичная расчетная нагрузка  не должна превышать номинальную , задаваемую в каталогах.

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому принимают . Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов:

                                                  .                                     (100)

Для определения сопротивления приборов, питающихся от трансформаторов тока, необходимо составить таблицу – перечень электроизмерительных приборов, устанавливаемых в данном присоединении. Суммарное сопротивление приборов рассчитывается по суммарной мощности, :

                                                  ,                                          (101)

где  – суммарная мощность, потребляемая приборами, ;

 – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, .

В распределительных устройствах 6 – 10  применяются трансформаторы с в РУ 110 – 220  –   или .

Сопротивление контактов  принимают 0,05  при двух-трех и 0,1 – при большем количестве приборов. Сопротивление проводов рассчитывается по их сечению и длине. Для алюминиевых проводов минимальное сечение 4 , для медных – 2,5 . Расчетная длина провода , , зависящая от схемы соединения трансформатора тока и расстояния  от трансформатора до приборов:  – при включении трансформаторов тока в неполную звезду;  – при включении всех приборов в одну фазу;  – при включении трансформаторов тока в полную звезду.

При этом длина  может быть принята ориентировочно для РУ 6 – 10  при установке приборов в шкафах КРУ ; на щите управления ; для РУ 35 кВ ; для РУ 110 – 220 кВ .

Если при принятом сечении провода вторичное сопротивление цепи трансформаторов тока окажется больше  для заданного класса точности, то необходимо определить требуемое сечение проводов с учетом допустимого сопротивления вторичной цепи: .

Требуемое сечение провода, :

                                                  .                                           (102)

Полученное сечение округляется до большего стандартного сечения контрольных кабелей: 2,5; 4; 6; 10 .

Условия выбора трансформатора тока сведены в таблицу 6.8. Дополнительно могут быть заданы: – кратность тока динамической стойкости трансформатора тока; – кратность тока термической стойкости;  – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока.

 

Таблица 6.8 - Проверка ТТ

Расчетный параметр цепи	Каталожные данные трансформатора тока	Условия выбора и проверки
	или	или
	;  или ;	или

 

6. Условия выбора и проверки ТН.

Трансформаторы напряжения, предназначенные для питания катушек напряжения измерительных приборов и реле, устанавливают на каждой секции сборных шин. Их выбирают по исполнению, конструкции и схеме соединения обмоток, номинальному напряжению, классу точности и вторичной нагрузке.

Условия выбора трансформаторов напряжения: конструкция, схема соединения; , где  – номинальное напряжение сети, к которой присоединяется трансформатор напряжения, ;  – номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора, ; класс точности; , где  – расчетная мощность, потребляемая вторичной цепью, ;  – номинальная мощность вторичной цепи трансформатора напряжения, обеспечивающая его работу в заданном классе точности, .

Для однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, в качестве  необходимо взять суммарную мощность всех трех фаз, а для соединенных по схеме неполного открытого треугольника – удвоенную мощность одного трансформатора. В выбранном классе точности, если нагрузка (вторичная) превышает номинальную мощность, часть приборов подключают к дополнительно установленному трансформатору напряжения. Вторичная нагрузка ТН – это мощность приборов и реле, подключенных к ТН. Для упрощения расчетов расчетную нагрузку можно не разделять по фазам, тогда

            .       (103)

При определении вторичной нагрузки сопротивление соединительных проводов не учитывается, так как оно мало. Однако ПУЭ требует оценить потерю напряжения, которая в проводах от трансформаторов к счетчикам не должна превышать 0,5 %, а в проводах к щитовым измерительным приборам – 3 %. Сечение провода, выбранное по механической прочности, отвечает, как правило, требованиям потерь напряжения.

Выбор типа трансформатора напряжения определяется его назначением. Если от ТН получают питание расчетные счетчики, то целесообразно использовать на напряжениях 6, 10, 35  два однофазных трансформатора типа НОМ или НОЛ, соединенных по схеме открытого неполного треугольника. Два однофазных ТН обладают большей мощностью, чем один трехфазный, а по стоимости на напряжения 6 и 10  они примерно равноценны. Если одновременно с измерением необходимо производить контроль изоляции в сетях 6 – 10 , то устанавливают трехфазные трехобмоточные пятистержневые трансформаторы напряжения серии НАМИ или группу из трех однофазных трансформаторов серии ЗНОМ или ЗНОУТ, если мощность НАМИ недостаточна. При использовании трех однофазных трансформаторов, соединенных в звезду, нейтральная точка обмотки высокого напряжения ТН должна быть заземлена для правильной работы приборов контроля состояния изоляции.

Для напряжения 110  и выше применяют каскадные трансформаторы НКФ.