Если I > 5000 А, то в цепях силовых трансформаторов и секционного выключателя устанавливают выключатели серии МГУ-20 или другого типа. В этом случае РУ намечается закрытого типа (ЗРУ) с установкой в цепях отходящих линий шкафов КРУ.
3.4 Выбор средств ограничения токов короткого замыкания
Короткими замыканиями (КЗ) называют замыкания между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкания фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.
Короткие замыкания возникают при нарушении изоляции электрических цепей. Причины таких нарушений различны: старение и вследствие этого пробой изоляции, набросы на провода линий электропередачи, обрывы проводов с падением на землю, механические повреждения изоляции кабельных линий при земляных работах, удары молнии в линии электропередачи и др.
Чаще всего КЗ происходят через переходное сопротивление, например через сопротивление электрической дуги, возникающей в месте повреждения изоляции. Иногда возникают металлические КЗ без переходного сопротивления. Для упрощения анализа в большинстве случаев при расчете токов КЗ рассматривают металлическое КЗ без учета переходных сопротивлений.
В трехфазных электроустановках возникают трех- и двухфазные КЗ. Кроме того, в трехфазных сетях с глухо - и эффективно-заземленными нейтралями дополнительно могут возникать также одно- и двухфазные КЗ на землю (замыкание двух фаз между собой с одновременным соединением их с землей)
При трехфазном КЗ все фазы электрической сети оказываются в одинаковых условиях, поэтому его называют симметричным. При других видах КЗ фазы сети находятся в разных условиях, в связи, с чем векторные диаграммы токов и напряжений искажены. Такие КЗ называют несимметричными.
Короткие замыкания, как правило, сопровождаются увеличением токов в поврежденных фазах до значений, превосходящих в несколько раз номинальные значения
Протекание токов КЗ приводит к увеличению потерь электроэнергии в проводниках и контактах, что вызывает их повышенный нагрев. Нагрев может ускорить старение и разрушение изоляции, вызвать сваривание и выгорание контактов, потерю механической прочности шин и проводов и т. п. Проводники и аппараты должны без повреждений переносить в течение Обычно это имеет место, когда сопротивление хк превышает сопротивление генератора в 4-6 раз. В этом случае форсировка возбуждения не только компенсирует снижение напряжения на генераторах, но и сообщает дополнительное приращение потоку Ф и ЭДС.
При дальнейшем увеличении электрической удаленности места повреждения ток КЗ уменьшается и короткое замыкание все в меньшей степени влияет на работу генератора.
Удаленной точкой КЗ условно называют такое место в электрической сети, при коротком замыкании в котором ток в генераторах изменяется настолько незначительно, что можно пренебречь изменением ЭДС и напряжений генераторов и считать напряжение на их зажимах неизменным и равным номинальному. Поэтому при коротком замыкании в удаленной точке периодическая составляющая тока не изменяется и с первого же момента времени ток КЗ принимает свое установившееся значение.
В цепях отходящих линий от шин НН подстанции номинальные токи, в большинстве случаев, не превышают 630 А и в шкафах КРУ (Н) устанавливаются выключатели с номинальным током отключения не более 20 кА или 31,5 кА. Поэтому необходимо рассчитать значения токов КЗ на стороне НН (6 – 10 кВ) подстанции в обоих вариантах и решить вопрос об их ограничении.
При ограничении токов КЗ исходят из двух условий:
• по условию отключающей способности выключателей, установленных в цепях отходящих линий 6 – 10 кВ,
• по условию обеспечения термической стойкости кабелей отходящих линий 6 – 10 кВ.
По второму условию необходимо выбрать сечения кабеля в цепи отходящей линии меньшей мощности и проверить его на термическую стойкость. При расчете минимального сечения кабеля по условию термической стойкости требуется определение времени прохождения (отключения) тока КЗ.
Указывается, что время прохождения тока КЗ () определяется установкой защиты, имеющей наибольшую выдержку времени. Для кабельных линий 6 – 10 кВ время отключения будет определяться выдержкой времени максимальной токовой защиты, при этом время отключения тока КЗ составит 1,2-2,2 с. Если при расчетных значениях токов КЗ в обоих вариантах обеспечивается отключающая способность выключателей и термическая стойкость кабелей, то в ограничении токов КЗ нет необходимости. При невыполнении этих условий следует выяснить, какое из них является определяющим, и выбрать средства ограничения токов КЗ.
3.5 Расчет токов короткого замыкания
Расчеты токов КЗ производятся для выбора или проверки параметров электрооборудования, а также для выбора или проверки установок релейной защиты и автоматики.
Расчет тока КЗ с учетом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов энергосистемы, состоящей из многих электрических станций и подстанций, весьма сложен. Вместе с тем для решения большинства задач, встречающихся на практике, можно ввести допущения, упрощающие расчеты и не вносящие существенных погрешностей. К таким допущениям относятся следующие:
· принимается, что фазы ЭДС всех генераторов не изменяются (отсутствие качания генераторов) в течение всего процесса КЗ;
· не учитывается насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов короткозамкнутой цепи;
· пренебрегают намагничивающими токами силовых трансформаторов;
· не учитывают, кроме специальных случаев, емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю;
· считают, что трехфазная система является симметричной;
· влияние нагрузки на ток КЗ учитывают приближенно;
· при вычислении тока КЗ обычно пренебрегают активным сопротивлением цепи, если отношение х/г более трех. Однако активное сопротивление необходимо учитывать при определении постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ Та.
Указанные допущения наряду с упрощением расчетов приводят к некоторому преувеличению токов КЗ (погрешность практических методов расчета не превышает 10%, что принято считать допустимым).
На схеме замещения намечаются точки КЗ, в которых определяют значения токов КЗ для выбора и проверки электрических аппаратов и токоведущих частей. Необходимое количество точек КЗ и их место расположения определяется согласно расчетным условиям. Необходимо определить начальное значение периодической составляющей тока КЗ, ударный ток, значения апериодической и периодической составляющих тока КЗ. Расчетные точки КЗ в цепях подстанции находятся на значительной электрической удаленности от источника (системы).
При выборе электрических аппаратов в распределительных устройствах (РУ) 110 кВ и выше необходимо рассчитывать ток однофазного КЗ . Если , то необходимо принять меры по его ограничению, чтобы выполнялось условие
3.6 Выбор электрических аппаратов
При проектировании подстанции необходимо выбрать:
• выключатели в РУ ВН, (СН), НН;
• разъединители;
Выключатели в зависимости от применяемых в них дугогасительной и изолирующей сред подразделяются на масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные и выключатели с магнитным гашением дуги. В сетях 6…20 кВ применяются малообъемные масляные выключатели, выключатели с магнитным гашением дуги, вакуумные и элегазовые. В качестве генераторных выключателей мощных блоков и синхронных компенсаторов применяются так же воздушные выключатели. На напряжении 35…220 кВ применяются малообъемные масляные выключатели при предельных токах отключения 25…40 кА, а так же элегазовые и вакуумные выключатели. В сетях 110 и 220 кВ находят применение также воздушные выключатели с током отключения от 50 до 63 кА. В сетях 330 кВ и выше применяются воздушные и элегазовые выключатели. При выборе выключателей, как и прочего оборудования, следует стремиться к однотипности, что упрощает эксплуатацию.
Выключатели выбирают
По номинальному напряжению Uуст ≤ Uном
по номинальному току Iнорм ≤ Iном; Imax ≤ Iном,
по отключающей способности.
По ГОСТ 687-78Е отключающая способность выключателя характеризуется следующими параметрами:
а) номинальным током отключения Iотк.ном в виде действующего значения периодической составляющей отключаемого тока;
б) допустимым относительным содержанием апериодической составляющей в токе отключения βн, %;
в) нормированными параметрами переходного восстанавливающего напряжения (ПВН).
Номинальный ток отключения Iотк.ном и βн отнесены к моменту прекращения соприкосновения дугогасительных контактов выключателя τ. Время τ от начала короткого замыкания до прекращения соприкосновения дугогасительных контактов определяют по выражению:
τ=tз.min+tс.в
где tз.min = 0,01 c – минимальное время действия релейной защиты; tс.в – собственное время отключения выключателя.
Допустимое относительное содержание апериодической составляющей
(нормированная асимметрия номинального тока отключения) в отключаемом
токе:
где iа.ном – номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе в момент размыкания дугогасительных контактов, для времени τ. βн задано ГОСТом в виде кривой βн = f(τ), приведенной на рис. 3.1, или определяется по каталогам.
Рис.3.1. Нормированное содержание апериодической составляющей.
Если τ > 0,09с, то принимают βн = 0.
В первую очередь производится проверка на симметричный ток отключения по условию
Iп.τ ≤ Iотк.ном
