Дипломная работа выбора коммутационной аппаратуры для ЛЭП-0,4 кВ

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ
1	ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
1.1	Подстанции и их коммутационное оборудование
1.2	Защитная и коммутационная аппаратура
2	ВЫБОР КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
2.1	Выбор выключателей
2.2	Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей
3	РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ 0,4 кВ
3.1	Расчет однофазного короткого замыкания
3.2	Расчет трехфазного короткого замыкания
3.3	Расчет токов коротких замыканий на термическую стойкость
4	ВЫБОР НИЗКОВОЛЬТНОЙ АППАРАТУРЫ НА СТОРОНЕ 0,4 кВ
4.1	Выбор силового распределительного шкафа
4.2	Выбор рубильника, установленного в силовом шкафу
4.3	Выбор предохранителей силового шкафа
4.4	Выбор силового распределительного пункта
4.5	Выбор воздушного автоматического выключателя QF1 распределительного пункта
4.6	Выбор автоматов QF2, QF3, QF4, QF5 для цепей питания
4.7	Проверка кабеля на термическую стойкость
5	МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ
	СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
	ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В осуществлении современного технического прогресса важное место принадлежит электрификации. Применение электрической энергии в любой отрасли промышленности позволяет увеличить производительность труда, добиться высокого уровня механизации и автоматизации.

Мощное развитие электроэнергетической базы служит надежной предпосылкой дальнейшего развития отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспорта. Но все это невозможно без качественного и бесперебойного снабжения электрической энергией потребителя, будь то промышленное предприятие, сельское хозяйство или население.

Основным узловым вопросом, оптимальное решение которого определяет все свойства, особенности и техническую характеристику ПС, является главная электрическая схема. При этом под главной электрической схемой не следует понимать просто начертание электрических связей, присоединений и цепей. Необходимо определить тип, число и параметры оборудования и аппаратуры и, в первую очередь, главных трансформаторов, выключателей и другой коммутационной аппаратуры, рациональную их расстановку.

Наибольшее распространение получили электрические аппараты управления потоками электрической энергии для изменения режимов работы, регулирования параметров, контроля и защиты электротехнических систем и их составных частей. Как правило, функции таких электрических аппаратов осуществляется посредством коммутации (включения и отключения) электрических цепей с различной частотой, начиная от относительно редких, нерегулярных значений, до периодических высокочастотных, например, в импульсных регуляторах напряжения.

В электротехнических комплексах и системах применяют различные электрические и электронные аппараты. Эти аппараты отличаются между собой устройством, принципом работы, конкретным назначением и областью применения, номинальными параметрами, техническими характеристиками, а также графическими буквенными обозначениями.

Коммутационные аппараты – это аппараты, с помощью которых замыкается и размыкается (коммутируется) цепь электрического тока. Они разделяются на аппараты до 1000 В и выше 1000 В. К коммутационным аппаратам до 1000 В относятся: рубильники, магнитные пускатели, контакторы, автоматы, а так же всевозможные переключатели, тумблеры и т.д.

Бесконтактные коммутационные аппараты (БКА, Solid State) — новый класс коммутационного оборудования, основанный на применении тиристорных ключей переменного тока. Использование свойств тиристора управляемости, скорости включения — позволяет применять оригинальные методы управления и контроля за развитием аварийного процесса в системе электроснабжения.

Коммутационные и защитные аппараты по своим параметрам - напряжение, ток, частота, степень защиты оболочки, режим работы, допустимое количество циклов оперирования в течение одного часа, коммутационная износостойкость, коммутационная способность, механическая износостойкость, условия эксплуатации в части воздействия механических факторов внешней среды, электродинамическая и термическая стойкость к току КЗ, отключающая способность к току КЗ, а также климатическое исполнение и категория размещения - должны соответствовать условиям проектируемой установки.

 Целью дипломной работы является расчет  и выбор коммутационного оборудования для ЛЭП-0,4кВ на основе предъявляемых современных требований к надежности и качеству, исходя из опыта разработок проектирования электрических подстанций.

1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.1 Подстанции и их коммутационное оборудование

Трансформаторные подстанции 6...10/0,38 кВ, которые часто называют потребительскими, предназначены для питания распределительных линий напряжением 0,38 кВ, в большинстве случаев трехфазных четырехпроводных с заземленной нейтралью.

В распределительных сетях используются как однотрансформаторные, так и двухтрансформаторные трансформаторные подстанции мощностью от 25 до 630 кВ-А в большинстве случаев наружной установки. При специальном обосновании могут устанавливаться закрытые трансформаторные подстанции (ЗТП). В настоящее время в большинстве случаев проектируются сети с комплектными трансформаторными подстанциями наружной установки, хотя для потребителей первой категории по надежности электроснабжения все более широко используются ЗТП.

Основные схемы первичных соединений распределительного устройства 10 кВ комплектной трансформаторной подстанции (КТП) приведены на рисунке 1.

 

Рисунок 1. Главные схемы соединений распределительного устройства РУ 10 кВ трансформаторных подстанций 10/0,38 кВ

Разъединитель, как правило, устанавливают на концевой опоре линии 10 кВ, а предохранители 10 кВ — в КТП. Вместо разъединителя в цепи трансформатора при соответствующем обосновании может быть использован выключатель нагрузки. Схема б также с одним трансформатором и шинами с выключателями нагрузки может применяться в сетях 10 кВ, не только с односторонним, но и с двусторонним питанием, когда по условиям надежности допускаются ручные послеаварийные переключения. Трансформатор присоединяют к шинам через разъединитель и предохранители.

При включенных выключателях нагрузки может осуществляться питание от одного источника с транзитом мощности через шины подстанции. В этой схеме допускается один из выключателей нагрузки заменить на разъединитель с выполнением соответствующих блокировок.

Схема е совмещает однотрансформаторную подстанцию с пунктом автоматического секционирования или пунктом автоматического включения резерва (АВР) линии 10 кВ. Схема применяется в сетях напряжением 10 кВ с односторонним и двусторонним питанием, в которых по условиям надежности электроснабжения требуются автоматическое и ручное секционирования линий 10 кВ.

Схема г - распределительное устройство с двумя трансформаторами и шинами 10 кВ, секционированными выключателем нагрузки и разъедителем применяется в основном в сетях 10 кВ с двусторонним питанием, где допускается ручное секционирование линий 10 кВ.

Основной режим работы подстанции — питание каждого трансформатора от независимого источника по линии 10 кВ (секционный выключатель нагрузки отключен). При включенном секционном выключателе нагрузки можно осуществить питание от одного источника с транзитом мощности через шины трансформаторной подстанции. Вместо секционного выключателя нагрузки может быть установлен масляный выключатель (с заменой выключателя нагрузки на разъединитель с левой стороны от него, схема г).

Принципиальная электрическая схема комплектной трансформаторной подстанции 10/0,38 кВ мощностью 25 ... 160 кВ-А приведена на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема электрическая соединений КТП-25 ... 160/10

Распределительное устройство (РУ) 10 кВ состоит из разъединителя QS с заземляющими ножами, устанавливаемого на ближайшей опоре линии 10 кВ, вентильных разрядников FV1 ... FV3 для защиты оборудования от атмосферных и коммутационных перенапряжений на стороне 10 кВ и предохранителей F1 ... F3, установленных в водном устройстве высшего напряжения, обеспечивающих защиту трансформатора от многофазных коротких замыканий.

Предохранители соединены соответственно с проходными изоляторами и силовым трансформатором. Остальная аппаратура размещается в нижнем отсеке (шкафу), то есть распределительное устройство 0,38 кВ.

На вводе распределительного устройства 0,38 кВ установлены рубильник S, вентильные разрядники FV4 ... FV6 для защиты от перенапряжений на стороне 0,38 кВ, трансформаторы тока ТА1 ... ТАЗ, питающие счетчик активной энергии PI, и трансформаторы ТА4, ТА5, к которым подключено тепловое реле КК, обеспечивающее защиту силового трансформатора от перегрузки.

Включение, отключение и защита отходящих линий 0,38 кВ от коротких замыканий и перегрузки осуществляются автоматическими выключателями QF1 ... QF3 с комбинированными расцепителями. При этом для защиты линий от однофазных коротких замыканий в нулевых проводах воздушной линии N1 ... 3 установлены токовые реле КА1 ... КA3, которые при срабатывании замыкают цепь обмотки независимого расцепителя. Реле настраиваются на срабатывание при однофазных коротких замыканиях. в наиболее удаленных точках сети. Линия уличного освещения от коротких замыканий защищена предохранителями F4 ... F6.

1.2 Защитная и коммутационная аппаратура

Трансформаторы 10/0,4 кВ в сельских и городских распределительных электрических сетях мощностью до 0,63 MB-А включительно, как правило, защищают­ся плавкими предохранителями на стороне 10 кВ и весьма часто также плавкими предохранителями на стороне 0,4 кВ. Возможно и такое сочетание, как пре­дохранители на стороне 10 кВ и автоматические вы­ключатели на стороне 0,4 кВ. На стороне ВН трансформаторов закрытых подстанций (ЗТП) плав­кие предохранители применяются в сочетании с вы­ключателями нагрузки (ВНП) — разъединителями с автоматическим приводом, которые отключаются при срабатывании плавкого предохранителя хотя бы на одной из фаз.

Плавким предохранителем называется коммута­ционный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи посредством расплавления специ­альных токоведущих частей (плавких вставок) под воздействием тока, превышающего определенное значение, с последующим гашением возникающей элек­трической дуги.

Принцип действия и виды плавких предохрани­телей. Плавкий предохранитель как защитный аппа­рат применяется в электрических сетях уже более 100 лет. В основе его работы лежит известный закон Джоуля — Ленца (1841 г.), согласно которому про­хождение электрического тока по проводнику сопро­вождается выделением теплоты Q (в джоулях):

где I — ток, проходящий по проводнику, A, R — сопро­тивление проводника, Ом; t — время прохождения тока, с; а—коэффициент пропорциональности.

Плавкая вставка предохранителя является участ­ком защищаемой электрической цепи, имеющим мень­шее сечение и большее сопротивление R, чем осталь­ные элементы этой цепи. Поэтому при прохождении по цепи тока КЗ плавкая вставка нагревается сильнее других элементов защищаемой цепи, раньше расплав­ляется и тем самым спасает электрическую установку от перегрева и разрушения. Но для прекращения про­хождения тока КЗ, т. е. отключения электрической установки от питающей электросети, недостаточно расплавления вставки, необходимо еще погасить воз­никшую в этом месте электрическую дугу. Быстрое га­шение дуги является важнейшей задачей плавкого предохранителя.

По способу гашения электрической дуги плавкие предохранители, применяемые для за­щиты трансформаторов, делятся на две основные группы:

- предохранители с трубками из газогенерирующего материала (фибры или винипласта), который обильно выделяет газы при высокой температуре горения элек­трической дуги; возникающие в этот момент высокое давление (в предохранителях типа ПР напряжением до 1000 В) или продольное дутье (в предохранителях ПСН напряжением выше 1000 В) обеспечивают бы­строе гашение электрической дуги;

- предохранители с наполнителем (кварцевым пе­ском), в которых электрическая дуга гасится в ка­нале малого диаметра, образованном телом испа­рившейся плавкой вставки, между крупинками (гра­нулами) кварцевого песка; такие предохранители обычно называют кварцевыми.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы).

Автомати­ческие воздушные выключатели предназначены для автоматического отключения электрических цепей до 1000 В при токах КЗ и перегрузках, а также для отключения и включения токов нагрузки оперативным персоналом. Кроме того, эти аппараты широко ис­пользуются для выполнения устройства автоматиче­ского включения резерва — АВР на двухтрансформаторных подстанциях и на распределительных щитах с двумя вводами, где схема АВР дает команду на от­ключение рабочего и включение секционного или дру­гого резервного автоматического выключателя, нор­мально находящегося в отключенном положении.

В каждом автоматическом выключателе преду­сматривается один или несколько так называемых расцепи теле и — устройств, воздействующих на его отключение или включение. По принципу дейст­вия, способу выявления аварийной ситуации и назна­чению различают расцепители электромагнитные, теп­ловые, полупроводниковые, минимального напряже­ния, независимые и др.

Электромагнитные расцепители используются для отключения автомата при КЗ и представляют собой максимальные токовые электромагнитные первичные реле прямого действия, которые включаются в каж­дую из трех фаз защищаемого элемента. Электромаг­нитные расцепители могут осуществлять мгновенное отключение автомата (его тогда называют неселек­тивным) или действовать на встроенный орган вы­держки времени, который создает замедление в от­ключении автомата на 0,25, или 0,4, или 0,6 с; такие автоматы называются селективными и используются в электроустановках до 1000 В, где последовательно может быть включено несколько участков, защищае­мых автоматическими выключателями.

Таким обра­зом, время срабатывания самого электромагнитного расцепителя не зависит от тока и по аналогии с мгно­венно действующей релейной защитой электромагнит­ный расцепитель называют также отсечкой. Основным назначением отсечки является отключение междуфаз­ных КЗ, но в ответственных электроустановках стре­мятся обеспечить быстрое отключение также и одно­фазных КЗ на землю, что может достигаться путем увеличения токов при этом виде КЗ (например, уста­новкой трансформаторов со схемой соединения об­моток ∆/Y или Y/Y, см. § 3), а также использо­ванием специальных расцепителей или реле в нулевом проводе, которые могут быть настроены на значительно меньшие токи срабатывания, чем электромаг­нитные расцепители.

На трансформаторах с выключателями на стороне 10 кВ, где все устройства релейной защиты могут воздействовать на отключение также и автоматиче­ского выключателя 0,4 кВ (§ 8, рис. 19), электромаг­нитные расцепители не используются, а автомат от­ключается с помощью независимого расцепителя (электромагнита отключения).

Независимый расцепитель предназначается глав­ным образом для дистанционного отключения авто­мата. Катушка этого расцепителя рассчитана на но­минальное напряжение переменного или постоянного оперативного тока, принятого на защищаемой под­станции. Независимый расцепитель используется на подстанциях, где со стороны 10 кВ трансформатор защищается плавкими предохранителями (рис. 11, а), для отключения автоматического выключателя 0,4 кВ от дополнительных устройств релейной защиты: га­зовой ГЗ (если имеется газовое реле, § 10) и* спе­циальной токовой защиты нулевой последовательно­сти СТЗНП на стороне 0,4 кВ (§ 9).

Независимые расцепители используются и при вы­полнении на двухтрансформаторной подстанции устройства АВР (рис. 3), которое при длительном исчезновении напряжения на источнике А (или Б) от­ключает автоматический выключатель АВ\ (или АВ₂) и затем включает секционный автомат ABC

 

Рис. 3. Схемы трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ, на которых используются автоматические воздушные выключатели (автоматы) АВ с независимым расцепителем HP: a — однотрансформаторная; б — двухтрансформаторная подстанция с устрой­ством автоматического включения резерва АВР на секционном автомате ABC

В автоматических выключателях могут устанавливаться также тепловые или полупроводниковые рас­цепители, имеющие обратно зависимую от тока ха­рактеристику выдержки времени и предназначенные для защиты электрооборудования от токов перегруз­ки и удаленных КЗ.

Тепловой расцепитель представляет собой биме­таллическую пластину, т. е. пластину из двух метал­лов с разными температурными коэффициентами рас­ширения. При нагревании такая пластина изгибается и своим свободным (незакрепленным) концом воз­действует на механизм свободного расцепления авто­матического выключателя, вызывая его отключение. Зависимость времени срабатывания теплового расце­пителя от проходящего через защищаемую цепь электрического тока имеет примерно такой же вид, что и времятоковые характеристики плавких предохрани­телей (рис. 7, б и 8, б, в).

Тепловой расцепитель рассчи­тан на прохождение тока, равного его номинальному току /ном. т в течение сколько угодно большого време­ни. Расцепитель срабатывает, если ток в защищаемой цепи превышает его номинальное значение на 20— 35%, но при этом время срабатывания очень велико (минуты), что и является первым принципиальным недостатком теплового расцепителя.

Другим недостат­ком является большое влияние изменения темпера­туры окружающей среды на точность работы тепло­вого расцепителя по току и по времени. Из-за этих недостатков тепловые расцепители, как правило, ис­пользуются совместно с электромагнитными. Такие расцепители называются комбинированными.

В со­временных выключателях (серии А-3700, ВА) уста­навливаются регулируемые полупроводниковые ком­бинированные расцепители, которые имеют обратно зависимую от тока времятоковую характеристику для защиты от перегрузки и быстродействующую за­щиту (отсечку) от токов КЗ, причем для быстрого и надежного отключения однофазных КЗ в выключа­теле серии ВА имеется специальный блок, реагирую­щий на ток в нулевом проводе и настраиваемый на номинальный ток расцепителя, т. е. значительно бо­лее чувствительный, чем фазные расцепители.

Условные обозначения автоматических выключа­телей начинаются с букв А (автомат) или ВА (вы­ключатель автоматический), Далее ряд букв и цифр мер, буква С показывает, что выключатель селектив­ный (имеется регулируемая выдержка времени). мер, буква С показывает, что выключатель селектив­ный (имеется регулируемая выдержка времени).

Выбор автоматических выключателей.

Как ком­мутационный аппарат, предназначенный для отклю­чения токов КЗ, автоматический выключатель выби­рается по максимальному значению тока КЗ в месте его установки, т. е. при металлическом трехфазном КЗ. В связи с малой вероятностью металлических КЗ (§ 8) при выборе автоматов отходящих линий 0,4 кВ в ряде случаев учитывается меньшее значение тока КЗ через переходное сопротивление до 15 мОм. Но для вводных и секционных автоматических вы­ключателей трансформаторных подстанций (рис. 3) такое допущение не принимается, и их коммутацион­ная способность, электродинамическая и термическая стойкость должны соответствовать максимальному току КЗ.

Как защитный аппарат автоматический вы­ключатель не должен срабатывать при номинальных токах и допустимых перегрузках, должен селективно и с достаточной чувствительностью отключать все виды КЗ, причем с минимальным временем. При не­допустимых перегрузках защищаемого элемента авто­мат должен отключаться раньше, чем произойдет по­вреждение защищаемое элемента.

Условия и примеры выбора автоматических вы­ключателей до 1000 В рассмотрены в работе [7]. На стандартных подстанциях 10/0,4 кВ с трансформато­рами мощностью 0,25; 0,4 и 0,63MB-А, где автомати­ческие выключатели используются как коммутацион­ные и защитные аппараты, применяются следующие типы автоматов.

На однотрансформаторных под­станциях на вводе 0,4 кВ могут устанавливаться авто­маты серий А-3700  с комбинированными расцепителями. Электромагнитные расцепители срабатывают с временем около 0,1 с. На двухтрансформаторных подстанциях (рис. 11,6) на вводах трансформато­ров и на секционном выключателе ABCустанавли­ваются селективные автоматы серий АВМ, «Электрон» или ВА.

Номинальный ток автоматического выключателя выбирается по номинальному току защищаемого трансформатора с учетом его допустимой длительной перегрузки при отключении одного из двух трансформаторов и включении секционного автомата.

Электромагнитный или ему подобный полупровод­никовый независимый расцепитель должен надежно, с достаточной чувствительностью реагировать на все виды КЗ на шинах основного щита 0,4 кВ подстан­ции (точка К1 на рис. 3, а), а также на вторичных сборках с целью дальнего резервирования КЗ (точки K2 и К3).

2 ВЫБОР КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

2.1 Выбор выключателей

Выключатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи в различных режимах работы. Выключатели должны надежно отключать токи нормального режима и режима КЗ, а также малые индуктивные и емкостные токи без появления при этом опасных коммутационных перенапряжений.

При проектировании электроустановок первоначально намечают типы выключателей, а затем производят их выбор по следующим параметрам [1,7]:

а) по напряжению электроустановки

,                                                            (1)

где  - номинальное напряжение установки;

 - номинальное напряжение выключателя;

б) по длительному току в нормальном и форсированном режимах работы

                                        (2)

в) по отключающей способности

При выборе выключателя по отключающей способности сначала производится проверка на симметричный ток отключения по условию:

                                                             (3)

где  - периодическая составляющая тока короткого замыкания, для момента времени

Далее проверяют выключатель на возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ  по условию:

_,          или  ;             (4)

где  - номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключающем токе для момента времени

 - нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, %, которое берется по каталогу для выбранного выключателя. Если  отсутствует для данного типа выключателя, то оно может быть определенно по кривой  представленной на рисунке 2.1 или рассчитано для момента времени  по выражению:

,                                                         (5)

 ‑ апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя ;

 ‑ процентное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе КЗ, которое определяется по выражению:

                                                 (6)

Если условие (2.3) выполняется, а (2.4) не выполняется, то допускается проверку выключателя по отключающей способности производить по полному току КЗ:

;                       (7)

Или                                  (8)

Рисунок 4. Нормированное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе.

Проверка выключателя по включающей способности производится по условию:

                                        (9)

где  - ударный ток КЗ в месте установки выключателя,

 - начальное значение периодической составляющей тока КЗ в месте установки выключателя,

 - номинальный ток включения выключателя, равный номинальному току отключения (начальное действующее значение периодической составляющей);

 - наибольший пик тока включения.

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по двум условиям:

                                                  (10)

где  - начальное действующее значение периодической составляющей сквозного предельного тока КЗ, равное номинальному току отключения выключателя;

 – наибольший пик сквозного предельного тока КЗ.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ в соответствии с выражением (12).

Согласно ПУЭ намеченные к установке выключатели должны быть проверены по параметрам переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН) на контактах выключателя. ПВН появляется на контактах выключателя после погасания в нем электрической дуги [5,7] .

Для воздушных выключателей рекомендуется выполнить сначала приближенную проверку скорости восстановления напряжения [8]:

,                                        (11)

где  - расчетный ток трехфазного КЗ;

 - количество линий, не считая поврежденной.

Если условие (11) не выполняется, необходимо произвести уточненный расчет.

Для уточненной проверки выключателей по параметрам восстанавливающегося напряжения необходимо сопоставить расчетную кривую переходного восстанавливающегося напряжения с нормированной. Расчетная кривая ПВН не должна выходить за пределы нормированной характеристики ПВН выключателя и один лишь раз должна пересекать линию запаздывания.

2.2 Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Разъединитель, как коммутационный аппарат, предназначен для отключения и включения электрической цепи без тока и для создания видимого разрыва цепи между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.

Таблица 1

Расчетные и каталожные данные выключателя

Расчетные параметры цепи	Каталожные данные выключателя	Условие выбора выключателя

Специальными типами разъединителей являются отделители и короткозамыкатели, которые применяются в распределительных устройствах выполненных по упрощенным схемам, обычно на подстанциях. Короткозамыкателем создается искусственное КЗ на стороне высокого напряжения трансформатора подстанции с целью повышения чувствительности релейной защиты линии. Отделители предназначены для автоматического отключения поврежденного участка цепи в бестоковую паузу [7].

Выбор разъединителей и отделителей произвожу по номинальному напряжению установки, номинальному длительному току, по конструкции и роду установки, а проверку произвожу в режиме КЗ на термическую и электродинамическую стойкость.

Короткозамыкатели выбираю и проверяю по тем же условиям, что и разъединители, но без проверки по току нагрузки.

Расчетные величины для выбора разъединителей, отделителей и короткозамыкателей те же, что и для выключателей.

Условия выбора разъединителей, отделителей и короткозамыкателей свожу в таблицы 5.

Таблица 2

Условия выбора разъединителей

Расчетные параметры цепи	Каталожные данные разъединителя	Условие выбора

3  РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ 0,4 кВ

3.1 Расчет однофазного короткого замыкания

 

В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, которые сопровождаются резким увеличением тока. Всё электрооборудование, устанавливаемое в системах электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учётом величин этих токов.

Различают следующие виды коротких замыканий: трёхфазные (симметричные) – когда три фазы соединяются между собой без соединения с землей; однофазные – одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю; двухфазные – две фазы соединяются между собой без соединения с землей; двойное замыкание на землю – две фазы соединяются между собой и с землей.

Для вычисления токов короткого замыкания составляю расчётную схему, соответствующую нормальному режиму работы системы электроснабжения при параллельном включении источников питания (рис. 4). В расчётной схеме учитываю сопротивление питающих трансформаторов, высоковольтных линий, реакторов.

Рис. 4. Схема двухтрансформаторной подстанции 10/0,4 кВ   (а и   карта селективности   (б)   с   времятоковыми   характеристиками плавких предохранителей ВН типа ПКТ-10 и автоматических вы­ключателей 0,4 кВ (АВ1— АВ₅)

Для предотвращения коротких замыканий необходимо правильно вычислить величины токов короткого замыкания и по ним выбирать необходимую аппаратуру, защиту и средства для ограничения токов короткого замыкания.

Точки короткого замыкания выбираю на ступенях распределения и на конечном электроприемнике, точки короткого замыкания нумерую сверху вниз, начиняя от источника.

Рисунок 5. Схема замещения упрощенная

При отсутствии данных r₀ можно определить расчётным путём:

r₀ = ,                                                             (12)

где;

S – сечение проводника, мм²

γ – удельная проводимость металла, м/Ом∙мм²

Принимаю:

γ= 30 м/Ом∙мм² для алюминия; [7, 60]

γ= 50 м/Ом∙мм² для меди

γ= 30 м/Ом∙мм² для стали

При отсутствии данных х₀ можно принять равным [7, 60]

х₀ = 0,4 м/Ом∙мм² – для воздушных линий;

х₀ = 0,06 м/Ом∙мм² – для кабельных линий

х_{0 пр} = 0,09 м/Ом∙мм² – для проводов;

х₀ = 0,15 м/Ом∙мм² – для шинопроводов

При расчёте однофазных токов короткого замыкания значение удельных индуктивных сопротивлений петли «фаза-нуль» принимаю равным:

х₀ = 0,15 м/Ом∙мм² – для кабельных линий до 1 кВ и проводов в трубах;

х₀ = 0,6 м/Ом∙мм² – для воздушных линий до 1 кВ;

Удельное активное сопротивление петли «фаза-нуль» определяю для любых линий по формуле:

 

r_оп = 2r₀                                                                                                          (13)

Произвожу расчет токов короткого замыкания:

ВЛ АС – 3 × 10/1,8;

I_доп = 231,2 А;

х₀ = 0,4 Ом/км;

 

Х'_с = х₀ * L_с; Ом                                                  (14)

 

Х'_с =0,4* 4 = 1,6 Ом;                                           (15)

 

r₀ = 10³ / γ *S ; Ом/км                                          (16)

 

r₀ = 10³ / 30* 10 = 3,33 Ом/км;                            (17)

R'_с = r_0·*L_с ; Ом (38)

 

R'_с = 3,33*1,2 = 3,9 Ом                                        (18)

Сопротивления привожу к НН:

 

R_с = R'_{с ·}* (U_НН / U_ВН)² *10³; (39)

 

R_с = 3,9* (0,4 / 10)² *10³ = 21,31 мОм;                (19)

 

Х_с = Х'_с∙* (U_НН / U_ВН)² *10³; (40)

 

Х_с = 1,6 * (0,4 / 10)² *10³ = 2,56 мОм.                 (20)

Для трансформатора [7, 74]

R_т = 16,6 мОм, Х_т = 41,7 мОм; Z_т⁽¹⁾ = 487 мОм.

Для автоматов [6, 75]

1SF R_1SF = 0,15 мОм; х_1SF = 0,17 мОм; R _п1SF = 0,4 мОм;

SF1 R_SF1 = 0,15 мОм; х_SF1 = 0,17 мОм; R _пSF1 = 0,4 мОм;

SF R_SF = 2,4 мОм; х_SF = 2 мОм; R _пSF = 1 мОм;

Для кабельных линий [7,76]

КЛ1: r₀^' =0,169 мОм/м; х₀ = 0,05 мОм/м.

Так как в схеме 3 параллельных кабеля, то

 

r₀ = (1/3) * r₀^' ; (41)

 

r₀ = (1/3) * 0,169 = 0,056 мОм/м;                         (21)

 

R_кл1 = r₀ * L_кл1 ; (42)

 

R_кл1 =0,056 * 20 = 1,13 мОм;                               (22)

 

Х_кл1 = х₀ * L_кл1 ; (43)

 

Х_кл1 = 0,05 * 20 = 1 мОм.                                    (23)

КЛ2: r₀ = 0,894 мОм/м; х₀ = 0,06 мОм/м.

Так как в схеме 2 параллельных кабеля, то

R_кл2 = 0,894 * 7 = 6,25мОм;                                (24)

Х_кл2 = 0,06 * 7 = 0, 42 мОм.                                 (25)

Для шинопровода: ШРА 630 [7,77]

r₀ = 0,1 мОм/м; х₀ = 0,13 мОм/м.

r_0п = 0,2 мОм/м; х_0п = 0,26 мОм/м.

 

R_ш = r₀ * L_ш ; (45)

 

R_ш = 0,1 * 2 = 0,2 мОм;                                       (26)

 

Х_ш = х₀ * L_ш ;                                                      (27)

 

Х_ш = 0,13 * 2 = 0,26 мОм.                                   (28)

Для ступеней распределения: [7. 75]

R_с1 = 15 мОм; R_с2 = 20 мОм.

Упрощается схема замещения, вычисляю эквивалентные сопротивления на участок между точками короткого замыкания:

 

R_э1 = R_с + R_т + R_1SF + R _п1SF + R _с1 мОм;               (29)

 

R_э1 = 21,31 + 16,6 + 0,15 + 0,4 +15 = 53,46 мОм; (30)

 

Х_э1 = Х_с + Х_т + Х_1SF ;                                            (31)

 

Х_э1 = 2,56+41,7+0,17 = 44,43 Ом;                        (32)

R_э2 = R_SF1 + R_пSF1 + R_кл1 + R_ш + R_с2 ;                      (33)

 

R_э2 = 0,15+0,4+1,13+0, 2+20 = 21,88 мОм;          (34)

 

Х_э2 = Х_SF12 + Х_кл1 + Х_ш ;                                        (35)

 

Х_э2 = 0,17 + 1 + 0,26 = 1,43 мОм;                        (36)

R_э3 = R_SF + R_пSF + R_кл2 ;                                        (37)

 

R_э3 = 2,4 + 1 + 6,25=9,65 мОм;                            (38)

 

Х_э3 = Х_SF + Х_кл2 ;                                                  (39)

 

Х_э3 = 2 + 0,42=2,42 мОм.                                     (40)

Вычисляю сопротивления до каждой точки короткого замыкания и заношу в таблицу 4 – «Сводная ведомость токов короткого замыкания»

R_к1 = R_э1 = 53,46 мОм;                                         (41)

Х_к1 = Х_э1 = 44,43 мОм;                                        (42)

Z_к1 = √ R_к1² + Х_к1² ;                                              (43)

 

Z_к1 = √ 53,46² + 44,43² = 45,6 мОм;                     (44)

 

R_к2 = R_э1 + R_э2 ;                                                    (45)

 

R_к2 = 53,46 + 21,88 = 75,34 мОм;                         (46)

 

Х_к2 = Х_э1 + Х_э2 ;                                                    (47)

 

Х_к2 = 44,43 + 1,43 = 45,86 мОм;                          (48)

 

Z_к2 = √ R_к2² + Х_к2² мОм;                                      (49)

 

Z_к2 = √75,34² + 45,86² = 88,2 мОм;                      (50)

 

R_к3 = R_к2 + R_э3 ;                                                   (51)

 

R_к3 = 75,34 + 9,65 = 84,99 мОм;                          (52)

 

Х_к3 = Х_к2 + Х_э3 ;                                                    (53)

 

Х_к3 = 45,86 + 2,42 =48,28 мОм;                           (54)

 

Z_к3 = √ R_к3² + Х_к3²;                                               (55)

 

Z_к3 = √ 84,99² + 48,28² = 97,75 мОм;                   (56)

R_к1 / Х_к1 = 53,46 / 44,43 = 1,2;                             (57)

R_к2 / Х_к2 = 75,34 / 45,86 = 1,64;                            (58)

R_к3 / Х_к3 = 84,99 / 48,28 = 1,76.                            (59)

Определяю коэффициенты К_у и q:

 

К_у1 = F (R_к1 / Х_к1 ) ;                                              (60)

К_у1 = F (1,5) = 1,0;                                               (61)

К_у2 = F (2,3) = 1,0;                                             (62)

К_у3 = F (2,4) = 1,0;                                             (63)

q₁ = √ 1 + 2 (К_у1 – 1)² ;                                         (64)

 

q₁ = √ 1 + 2 (1,0 – 1)² = 1                                     (65)

q₂ = √ 1 + 2 (1,0 – 1)² = 1                                     (66)

q₃ = √ 1 + 2 (1,0 – 1)² = 1                                     (67)

Определяю трехфазные и двухфазные токи короткого замыкания и заношу в таблицу 4 – «Сводная ведомость токов короткого замыкания»:

I_к1⁽³⁾ = U_к1 / √3 * Z_к1 ;                                           (68)

I_к1⁽³⁾ = 0,4* 10³ / 1,73 * 69,52 = 3,33 кА;              (69)

I_к2⁽³⁾ = 0,38*10³ / 1,73* 88,22 = 2,5 кА;                (70)

I_к3⁽³⁾ = 0,38 *10³ / 1,73 * 97,75 = 2,25 кА;            (71)

 

I_у1 = q_1∙* I_к1⁽³⁾ ;                                                     (72)

 

I_у1 = 1* 3,33 = 3,33 кА; (71)

I_у2 = 1* 2,5 = 2,5 кА;                                          (73)

I_у3 = 1* 2,25 = 2,25 кА;                                        (74)

 

i_у1 = √2 * К_у1 I_к1⁽³⁾ ;                                              (75)

 

i_у1 = 1,41* 1,0 * 3,33 = 4,7 кА; (72)

i_у2 = 1,41* 1,0 * 1,95 = 3,5 кА;                             (76)

i_у3 = 1,41* 1,0 * 1,61 = 3,2 кА;                             (77)

I_к1⁽²⁾ = (√3 / 2) I_к1⁽³⁾ ;                                             (78)

 

I_к1⁽²⁾ = 0,87 * 3,33 = 2,9 кА;                                 (79)

I_к2⁽²⁾ = 0,87 * 2,5 = 2,2 кА;                                   (80)

I_к3⁽²⁾ = 0,87 * 2,25 = 1,96 кА;                               (81)

Составляю схему замещения для расчета однофазных токов короткого замыкания и определяю сопротивления.

Рисунок 6. – Схема замещения для расчета однофазных токов короткого замыкания.

Для кабельных линий:

Х_пкл1 = х_0п * L_кл1;                                                 (82)

Х_пкл1 = 0,26 * 20 = 5,2 мОм;                                (83)

R _пкл1 = 2* r₀ * L_кл1 ;                                             (84)

R _пкл1 = 2 * 0,056 * 7= 0,78 мОм;                         (85)

R_пш = r_0пш * L_ш ;                                                   (86)

R_пш = 0,2 * 2= 0,4 мОм;                                       (87)

Х_пш = х_0пш * L_ш ;                                                  (88)

Х_пш = 0,26 * 2 = 0,52 мОм;                                  (89)

R _пкл2 = 2 * 0,894 * 7 = 12,5 мОм;                        (90)

Х_пкл2 = 0,26 * 7 = 1,82 мОм;                                (91)

Z_п1 = 15 мОм;

R _п2 = R _с1 + R _пкл1 + R _пш + R _с2 ;                           (92)

R _п2 = 15 + 0,78 + 0,4 + 20 = 36,18 мОм              (93)

Х_п2 = Х_пкл1 + Х_пш ;                                               (94)

Х_п2 = 5,2 + 0,52 = 5,72 мОм;                               (95)

Z_п2 = √ R_п2² + Х_п2² ;                                             (96)

Z_п2 = √ 36,18 + 5,72² = 36,63 мОм;                      (97)

R _п3 = R _п2 + R _пкл2 ;                                               (98)

R _п3 = 36,18+12,5 = 48,68 мОм;                           (99)

Х_п3 = Х_п2 + Х_пкл2 ;                                                 (100)

Х_п3 = 5,72 + 1,82 = 7,54 мОм;                              (101)

 

Z_п3 = √ R_п3² + Х_п3² ;                                             (102)

 

Z_п3 = √ 48,68² + 7,54² = 49,26 мОм;                     (103)

 

I_к1⁽¹⁾ = U_кф / Z_п1 + Z_т⁽¹⁾ / 3 ;                                    (104)

I_к1⁽¹⁾ = 0,23 * 10³ / 15 + 195 / 3 = 3,3 кА;              (105)

I_к2⁽¹⁾ = 0,22 * 10³ / 36,63 + 195 / 3 = 2,85 кА;       (106)

I_к3⁽¹⁾ = 0,22 * 10³ / 49,26 + 195 / 3 =2,7 кА.          (107)

Результаты расчета токов короткого замыкания представлены в таблице 3.

Таблица 3

Сводная ведомость токов короткого замыкания

Точка КЗ	Rк, мОм	Хк, мОм	Zк, мОм	Rк/ Хк	Ку	q	Iк(3), кА	iу, кА	I∞(3), кА	Iк(2), кА	Zп, мОм	Iк(1), кА
К1	53,46	44,43	69,52	1,2	1,0	1	3,33	4,7	3,33	2,9	15	3,3
К2	75,34	45,86	88,2	1,64	1,0	1	2,5	3,5	2,5	2,2	36,63	2,85
К3	84,99	48,28	97,75	1,76	1,0	1	2,25	3,2	2,25	1,96	49,26	2,7

Ток однофазного короткого замыкания на землю в точке К1 определяю по соотношению:

                (108)

Исходя из ранее заданных условиях о том , и   представляю формулу в виде

(109)

С учетом переходных сопротивлений контактов и дуги суммарное сопротивление вычисляю следующим образом

=280,781 мОм                                                              (110)

 

3.2 Расчет трехфазного короткого замыкания

Ток трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке К1 (максимальный ток короткого замыкания) определяю по соотношению

                                   (111)

Ток трехфазного металлического короткого замыкания на землю в точке К1 с учетом переходного сопротивления (минимальный ток короткого замыкания) определяю по выражению

                           (112)

где  – переходное сопротивление, включающее сопротивления контактов и сопротивление дуги в месте короткого замыкания. Переходное сопротивление принимаю 30 мОм.

3.3 Расчет токов коротких замыканий на термическую стойкость

Расчет токов коротких замыканий предназначен для выбора защитной и коммутационной аппаратуры и проверки оборудования на термическую стойкость.

Расчеты выполняю при следующих условиях:

1. Параметры схемы замещения трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей одинаковы и составляют

,                            (113)

где - активные сопротивления трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей;

                                       (114)

где - реактивные сопротивления трансформатора прямой, обратной и нулевой последовательностей;

2. Активные и реактивные сопротивления прямой последовательности кабеля и петли фаза-нуль соответственно

                     (115)

                (116)

,      (117)

где - длина кабельной линии

 и - активное и индуктивное удельные сопротивления кабелей

Из данной таблицы определяю значения  и  из условия выбора кабельной линии марки ВВГ 3х50 + 1х16

                                                   (118)

                                                     (119)

Таблица 4

Значения сопротивлений кабелей напряжением до 1 кВ

4  ВЫБОР НИЗКОВОЛЬТНОЙ АППАРАТУРЫ НА

СТОРОНЕ 0,4 кВ

4.1 Выбор силового распределительного шкафа

Для приема и распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В применяют силовые распределительные шкафы и пункты.

Для нашей схемы электроснабжения приемников электрической энергии, расположенных в крытом помещении, выбираем силовой шкаф серии ШР11 типа ШР11-73407-22У3, степень защиты IР22 (приложение 1). Номинальный ток шкафа 400 А. Размеры шкафа составляют 600 х 350 х 1600 мм.

4.2. Выбор рубильника, установленного в силовом шкафу

В силовом шкафу установлен вводной рубильник. Рубильник выбирается из условия соответствия его номинального тока, номинальному допустимому рабочему току питающего кабеля.

                                                         (120)

Устанавливаем рубильник трехполюсный, тип Р16 (приложение 1); номинальное напряжение 380В; номинальный ток рубильника 400А; ток электродинамической стойкости 30кА; термическая стойкость односекундная 144кА² – с; число полюсов – три; вид привода – боковая рукоятка; масса 2,8кг.

                            (121)

4.3 Выбор предохранителей силового шкафа

Предохранитель – это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определенное значение.

В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током защищаемой цепи. После отключения необходимо заменить плавкую вставку на исправную. Эта операция производится вручную или автоматически заменой всего предохранителя.

Основными элементами предохранителя являются корпус, плавкая вставка (плавкий элемент), контактная часть, дугогасительное устройство и дугогасительная среда.

Выбор предохранителя произвожу по напряжению установки, по току, по конструкции и роду установки, по току отключения.

Сечение проводов и напряжением до 1000 В по условию нагрева выбираю в зависимости от длительно допустимой токовой нагрузки. Выбор сечения произвожу:

а) по условию нагрева длительным расчётным током

I_н.доп ≥ ; А                                                    (122)

 

б) по условию соответствия выбранному аппарату максимальной токовой защиты

; А                                                  (123)

где;

I_р – расчётный ток нагрузки;

I_н.доп – длительно-допустимый ток на провода, кабели, шины;

k_з – коэффициент защиты или кратности защиты;

I_з – номинальный ток или ток срабатывания защитного аппарата;

k₁- поправочный коэффициент на условия прокладки проводов и кабелей;

k₂ - поправочный коэффициент на число работающих кабелей, лежащих рядом в земле в трубах или без труб.

 

I_P = S_max /√3*U_c, А (85)                                        (124)

 

I_P = 126,2/1,73*0,38 = 191,9 A (85)                     (125)

I_пик = I_р + k΄* I_нб - I_нб * (I_р / Σ I_мах), А (86)              (126)

I_пик = 191,9+5,5*30,8-30,8* (191,9/178) = 328,3 А

Iэл = 1,25* Iпик, А                                              (128)

Iэл = 1,25* 328,3 = 410,3 А

На двухтрансформаторной ПС установлены 2хТМ-630 кВт, со следующими техническими характеристиками: ,

,

Выбор предохранителя осуществляю по следующим условиям:

1. Номинальное напряжение предохранителя  должно соответствовать номинальному напряжению сети .

                                                          (136)

2. Номинальный ток плавкой вставки  выбирается по двум условиям:

- ток плавкой вставки должен быть не меньше максимального рабочего тока.

- в связи с тем что отсутствует двигательная нагрузка, то по ПУЭ п.3.1.9 в сетях, допускается не выполнять расчетной проверки приведенной кратности тока КЗ, если обеспечено условие, чтобы по отношению к длительно допустимым токовым нагрузкам проводников, аппараты защиты имели кратность не более: 300% для номинального тока плавкой вставки предохранителя;

Следовательно проверка чувствительности защиты оборудования предохранителем по минимальному току короткого замыкания (кратность минимального тока короткого замыкания по отношению к номинальному току плавкой вставки должна быть больше 3 для невзрывоопасных помещений и 4 для взрывоопасных)

                          (137)

Предохранители плавкие (ГОСТ 17242–71) предназначены для защиты электрических сетей от токов перегрузки и короткого замыкания.

Выбор предохранителя провожу исходя из условия:

где I_нвп – номинальный ток плавкой вставки предохранителей силового шкафа.

Принимаю для силового распределительного шкафа предохранители с наполнителем, с закрытым разборным патроном серии ПН2. Тип предохранителя ПН2–400, номинальное напряжение до 500 В, номинальный ток предохранителя 400 А, плавкой вставки 350 А, предельный ток отключения 40 кА.

4.4 Выбор силового распределительного пункта

От силового шкафа получает питание силовой распределительный пункт. Силовой шкаф и распределительный пункт (шкаф) соединены между собой силовым кабелем марки ААШВ с алюминиевыми жилами сечением 120 мм² и допустимой токовой нагрузкой 270 А.

К распределительному пункту присоединены пять потребителей электрической энергии. Из стандартно выпускаемых распределительных пунктов выбираем распределительный пункт, трехфазный, серии ПР24 с автоматическими выключателями серии А3700.

Распределительные пункты серии ПР24 изготовляют в соответствии с ТУ16 – 536.432 – 74.

Расцепители являются составной частью автоматов, которые контролируют заданный параметр защищаемой цепи и воздействуют на расцепляющее устройство, отключающее автомат.

Выбор автоматы выключателей производится по номинальному напряжению и току, конструктивному выполнению и месту установки, отключаемому току и мощности.

4.5 Выбор воздушного автоматического выключателя QF1 распределительного пункта

Стандартно устанавливаемые выключатели в распределительном пункте – это выключатели серии А3700, которые предназначены для замены рубильников и предохранителей. Автоматические выключатели серии А3700 выпускают в различных исполнениях.

Выбираем автомат селективный типа А3744С с полупроводниковым расцепителем максимального тока.

С учетом теплового поправочного коэффициента номинальный ток полупроводникового расцепителя равен

;

где К = 0,85 – тепловой поправочный коэффициент.

Технические данные автомата А3744С: номинальное напряжение 380 В, номинальный ток автомата 400А, предел регулирования номинального тока расцепителя 400А, 500А, 630А, пределы регулирования уставки во времени срабатывания в зоне токов КЗ – (3, 5, 7, 10) I_н.пр., калибруемые значения уставки во времени срабатывания в зоне токов КЗ – 0,1 с; 0,25 с; 0,4 с. Защиты в зоне перегрузки нет.

Ток нагрузки в цепи в точке К1:

                          (138)

Кратковременную токовую нагрузку автомата QF1 определяю из условий:

,

Пиковый расчетный ток:

.           (139)

где К_зап =1,25 – коэффициент запаса.

Ток несрабатывания автомата QF1 от тока:

Где К_у – кратность стандартной уставки (Ку = 3, 5, 7, 10).

Условия выбора автомата QF1 выполняются. Автомат от пускового тока не срабатывает, а срабатывает от токов К.З.

4.6  Выбор автоматов QF2, QF3, QF4, QF5 для цепей питания

Потребляемый ток в точке К1 равен 41,266 А.

С учетом теплового поправочного коэффициента номинальный расчетный ток электромагнитного расцепителя токоограничивающего автомата QF2 равен:

                               (140)

Нагрузочный ток в точке замещения К1

              (141)

Аналогично, расчетные значения при выборе автомата QF3 для в точке замещения К2:

                                  (143)

Пиковый расчетный ток в точке замещения К2:

Условия выбора автомата QF3 выполняются. Для точке замещения К2 принимаем такой же тип автомата, как и для К1.

Номинальный ток в точке замещения К2 равен 163,86 А.

Номинальный расчетный ток электромагнитного расцепителя автомата QF4 равен:

                                (145)

Пусковой ток в точке замещения К3

Пиковый расчетный в точке замещения К3

Ток несрабатывания электромагнитного расцепителя автомата QF4 в точке замещения К3:

Условия выбора автомата QF4 выполняются

Выбираю автоматический воздушный выключатель типа А3732ФУЗ с электромагнитным расцепителем, который срабатывает в зоне токов КЗ. Его параметры: номинальное напряжение до 660 В. Номинальный ток электромагнитного расцепителя ().

Кратность стандартной установки равна К_у=10.

Для защиты нагревательной и осветительной установок от возможных перегрузок и токов КЗ устанавливаю автоматы типа 3716ФУЗ с термобиметаллическими и электромагнитными расцепителями. Автоматы имеют следующие технические данные: номинальное напряжение до 660 В, номинальный ток автомата 80А.

Номинальные токи термобиметаллического расцепителя 16А, 20А, 32А, 40А, 50А, 63А, 80А. Номинальная уставка тока трогания электромагнитного расцепителя в зоне КЗ равна 250А и 400А.

Уставка токов электромагнитного и термобиметаллического расцепителей не регулируются.

 Термобиметаллические расцепители 1-го и 2-го габаритов допускают возможность замены в условиях эксплуатации расцепителями другого номинального тока без дополнительных регулировки.

Ток срабатывания теплового расцепителя автомата в зоне токов перегрузки равен:

Номинальный ток термобиметаллического (теплового) расцепителя принят равным

Номинальная уставка тока трогания электромагнитного расцепителя в зоне токов КЗ принята равной

Условие выбора автоматов типа 3716ФУЗ для нагрузок электрических цепей  выполняется:

4.7 Проверка кабеля на термическую стойкость

Проверка термической стойкости кабеля основана на расчете теплового импульса – количества тепла, которое выделяется в активном сопротивлении кабеля при протекании через него тока короткого замыкания за время начала короткого замыкания до полного погашения дуги при его отключении.

Значение температуры кабеля не должно превышать критическое для данных типов кабеля и изоляции. Допустимая температура для кабеля АВВГ составляет 150°С. Расчет перегрева кабеля от пиковых токов проводится по упрощенному алгоритму, который дает несколько завышенное значение температуры кабеля.

Время действия тока зависит от параметров установленной защитной и коммутационной аппаратуры. Минимально допустимое сечение кабеля мин s по термической стойкости определяю по выражению

где – максимальное значение расчетного тока короткого замыкания;  – собственное время отключения защитного аппарата;

 – среднее значение постоянной времени апериодической слагающей то- ка короткого замыкания ( = 0,01 с);

С – постоянная времени, зависящая от вида изоляции и материала жил кабеля, определяется при условии, что температура нагрева проводников при коротком замыкании не превышает допустимую – 150°С для поливинилхлоридной и резиновой изоляции. Данную постоянную выбираем из таблицы 5.

Таблица 5

Значения функции С и расчетных значений температуры для кабелей

В качестве расчетной точки КЗ принимаю такую точку на расчетной схеме, при КЗ в которой проводник или электрический аппарат подвергается наибольшему электродинамическому или термическому воздействию.

Проверка допустимости перегрева кабеля при протекании по нему пикового тока в течение времени срабатывания защиты

1.                 Определяю масса m проводникового материала

где p – плотность материала (для алюминия ρ = 2,703 г/см3, для меди ρ = 8,89 г/см3); s – сечение жилы кабеля; l – длина кабеля.

2. Определяю количество теплоты, необходимое для нагрева массы проводникового материала m от начального значения температуры tн до критического значения температуры tк (по таблице 4)

3.Определяю потери активной мощности при протекании пикового тока, выделяющиеся в виде тепла и нагревающие кабель

где ρ – удельное сопротивление ( для алюминия ρ = 0,028 мкОм м ⋅ , для меди ρ = 0,017 241 мкОм м ⋅ ) материала жил кабеля.

4.Нахожу время, в течение которого при мощности Р в кабеле будет выделено найденное количество теплоты:

5.Сравниваю реальное время нагрева кабеля при протекании пикового тока со временем Т. Если время протекания пикового тока меньше времени Т, то делаю вывод о том, что кабель и его изоляция не нагреются до недопустимого уровня температур, и, следовательно, время срабатывания тепловой защиты от перегрузки выбрано правильно.

5  МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБОРУДОВАНИЯ ПОДСТАНЦИИ

Соблюдение правил техники безопасности является главным условием предупреждения производственного травматизма. Большое значение для этого имеют инструктажи по технике безопасности: вводный, первичный на рабочем месте, повторный, внеплановый и текущий.Несоблюдение правил безопасности и неосторожное обращение с электротехническим оборудованием может привести к тяжёлым поражениям и даже к смертельным исходам.

Различают два вида электропоражения – электрический удар и электрическую травму. Безопасность работ в электрических установках зависит от многих факторов: влажности помещения, его температуры, содержания токопроводящей среды.

Персонал, обслуживающий электроустановки, должен быть снабжён всеми необходимыми защитными средствами, обеспечивающими безопасность обслуживания этих электроустановок.

Защитными средствами называют такие приборы, аппараты и приспособления, которые служат для защиты персонала, работающего вблизи находящихся под напряжением частей электротехнических установок.

Защитные средства делятся на две группы:

— средства коллективной защиты, которые предназначены для защиты персонала от поражения током высокого напряжения. К ним относят переносные указатели напряжения и токоизмерительные клещи, переносные ограждения и временные защитные заземления;

— индивидуальные защитные средства, предохраняющие от воздействия дуги, продуктов горения и механических повреждений. К ним относят: защитные очки, брезентовые рукавицы, противогазы.   

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основная цель и задачи, поставленные в данной дипломной работе, выполнены полностью. Дипломная работа выбора коммутационной аппаратуры для ЛЭП-0,4 кВ выполнена с соблюдением всех требований ПТЭ и ПТБ.

Согласно схемы подстанции 10/0,4 кВ, на которой используются автоматические воздушные выключатели (автоматы) с независимым расцепителем выбраны коммутационные аппараты напряжением 10кВ. Произведен расчет токов однофазного и трезфазного короткого замыкания.

Для распределения электроэнергии к группам потребителей трехфазного переменного тока промышленной частоты напряжением 380 В выбраны силовой распределительный шкаф серии ШР11 типа ШР11-73407-22У3 и распределительный пункт, тип ПР24–7515–54УЗ напольного исполнения.

 Произведен расчет и выбор  коммутационных аппаратов напряжением 10кВ и 0,4кВ. В силовом шкафу установлен вводной рубильник трехполюсный тип РБ-400А и предохранители с наполнителем, с закрытым разборным патроном серии ПН2-400.

В распределительном пункте для защиты от токов КЗ выбраны автоматы типа A3716ФУЗ с электромагнитными расцепителями и автоматы селективные типа А3744С с полупроводниковым расцепителем максимального тока. Проведена проверка кабеля на термическую стойкость. Рассмотрены меры безопасности при эксплуатации подстанции.

При выполнение работы мне пришлось применить навыки самостоятельного решения конкретных электротехнических задач, связанных с выбором коммутационной аппаратуры до 1000 В, на основе приобретенных знаний при изучении общетехнических и профилирующих дисциплин. Выполнение дипломной работы способствовало закреплению, углублению и обобщению знаний, полученных мною за время обучения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.                 Абрамова Е.Я., Алешина С.К., Чиндяскин В.И. Расчет подстанции в системах электроснабжения [Текст]:/ Учебное пособие по курсовому и дипломному проектированию. 2-е изд.,- Оренбург: 2014.- 91 с.

2.                 Барыбин Ю.Г. Справочник по проектированию электроснабжения промышленных предприятий [Текст]:/   Под ред. Ю.Г. Барыбин, Л.Г. Федоров. – М.: Энергоатомиздат, 1990-576 с.

3.               Руководящие указания по расчету токов короткого замыкания и выбору электрооборудования. [Текст]:/ Под ред. Б.Н. Неклепаева.-М.:Изд-во НЦ ЭНАС, 2001. –152 с.

4.               Гук Ю.Б., Кантан В.В., Петрова С.С. Проектирование электрической части станций и подстанций. [Текст]:/ Л.: Энергоатомиздат,1985.-312 с.

5.               Околович М.Н. Проектирование электрических станций. [Текст]:/   - М.: Энергоатомиздат, 1982.- 400 с.

6.               Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций: [Текст]:/Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. М.: Энергоатомиздат, 1989.- 608 с.

7.               Леньков Ю.А. Методическая разработка к курсовому проекту по курсу «Электрическая часть станций». [Текст]:/   - Алма-Ата, изд. РУМК, 1988.- 47 с.

8.               Нормы технологического проектирования тепловых электрических ставнций и тепловых сетей. [Текст]:/   - М.:ЦНТИ Информэнерго, 1981. – 122 с.

9.               Долин А.П., Шонгин Г.Ф. Открытые распределительные устройства с жесткой ошиновкой. [Текст]:/ – М.: Энергоатомиздат, 1988. – 192 с.

10.          Электротехнический справочник. Т.2./Под ред. профессоров МЭИ (гл. ред. И.Н. Орлов) [Текст]:/   - М.: Энергоатомиздат, 1986. – 712 с.