2.6. Выбор ячейки 6 - 10 кВ, расчет сечения высоковольтного кабеля, расчет уставок защит на стороне 6 - 10 кВ.

Расчетный ток кабеля 10 кВ в нормальном режиме

Кабель с бумажной изоляцией марки ААБ (алюминиевые жилы, бумажная изоляция, алюминиевая оболочка, бронированный), проложен в земле. Экономическая плотность тока при Тм = 4000 - Jэ = 1,4 А / кв.мм, [40].

Экономическое сечение

Предварительно выбираем кабель ААБ 3 х 95, Iдд = 205 А, [40].

Рис. 7. Схема питания ТП.

Расчетный ток в режиме допустимой 20%-ной перегрузки трансформатора

< 205 A - кабель проходит по нагреву.

Проверка кабеля на термичекую стойкость при КЗ.

Ток трехфазного КЗ в начале кабельной линии (точка К1):

.

Максимально-токовая защита (МТЗ) выключателя Q1 отстраивается по времени от срабатывания выключателя Q2 (t = 0.3 c), поэтому время выдержки защиты на выключателе Q1

tз = t + ∆t = 0,3 +0,3 = 0,6 c, где ∆t - ступень селективности.

Кроме МТЗ на выключателе Q1 обычно устанавливается токовая отсечка, которая имеет tз = 0.

Время протекания тока КЗ tп = tз + tв + Та, где

tв - время действия выключателя (примерно 0,1 с),

Та = 0,01 с - время апериодической слагающей тока КЗ.

Минимальное термически устойчивое сечение кабеля

, где С = 92 из справочника [39,42].

При надежной работе токовой отсечки (ТО) tп = tв + Та = 0,1 +0,01 = 0,11 с,

.

Если существует определенная вероятность отказа ТО, то в качестве резервной защиты будет выступать МТЗ. Тогда tп = 0,6 + 0,1 + 0,01 = 0,71 с,

, т.е. сечение кабеля следует увеличить более, чем в два раза.

В данном примере, полагая отказ ТО маловероятным, примем стандартное сечение кабеля F = 95 кв.мм, Ro = 0.326 Ом/км, Xо = 0,078 Ом/км.

Выбор ячейки отходящей линии 10 кВ.

По максимальному току линии к КТП 1600 кВА Iм = 185 А выбираем:

Вариант 1: шкаф КРУ 6/10 кВ типа КМВ - 10 - 20 с вакуумным выключателем (Ишлейский завод высоковольтной аппаратуры), Iн = 630 А, Uн = 10 кВ.

Расчетные величины	Каталожные данные
Iм = 185 А	Iн = 630 А
Uн = 6 кВ	Uн = 6/10 кВ
Iк = 19,3 кА	Ток отключения Iотк = 20 кА
Тепловой импульс	Допустимый тепловой импульс
Ударный ток i у = 1,41 * Ку * Iк = 1,41 * 1,37 * 19,3 = 37,3 кА	Электродинамическая стойкость iд = 51 кА

Вариант 2: : шкаф КРУ 10 кВ типа К-02-3 МК вакуумным выключателем (Чебоксарский завод силового электрооборудования "Электросила"), Iн = 630 А, Uн = 10 кВ.

Расчетные величины	Каталожные данные
Iм = 185 А	Iн = 630 А
Uн = 6 кВ	Uн = 10 кВ
Iк = 19,3 кА	Ток отключения Iотк = 16 кА
Тепловой импульс	Допустимый тепловой импульс
Ударный ток i у = 1,41 * Ку * Iк = 1,41 * 1,37 * 19,3 = 37,3 кА	Электродинамическая стойкость iд = 51 кА

Выбранный шкаф не проходит по току отключения: 19,3 > 16. Окончательно можно принять либо первый шкаф, либо второй, но на больший номинальный ток:

Расчетные величины	Каталожные данные
Iм = 185 А	Iн = 630 А
Uн = 6 кВ	Uн = 6/10 кВ
Iк = 19,3 кА	Ток отключения Iотк = 20 кА
Тепловой импульс	Допустимый тепловой импульс
Ударный ток i у = 1,41 * Ку * Iк = 1,41 * 1,37 * 19,3 = 37,3 кА	Электродинамическая стойкость iд = 51 кА

Расчет уставок релейной защиты на стороне 6 кВ.

Виды защит.

а) Токовая отсечка.

б) Максимальная токовая с выдержкой времени.

в) Защита от перегрузки.

г) Токовая защита от замыканий на землю с действием на сигнал.

д) Защита минимального напряжения.

Все защиты реализованы с помощью микропроцессорного блока защиты, контроля и управления, установленного в шкафу отходящей линии КРУ.

а) Расчет первичного тока отсечки и коэффициента чувствительности (первая ступень токовой защиты).

Ток трехфазного КЗ на стороне 0,4 кВ КТП:

Сопротивление цепи КЗ включает в себя сопротивления (рис. 7):

- питающей системы Хс,

- кабельной ЛЭП Rк, Xк,

- трансформатора Rт, Xт, .

Сопротивление системы, приведенное к напряжению 6 кВ:

По справочнику для кабеля 95 кв. мм: Ro = 0,326 Ом/км, Хо = 0,078 Ом/км,

Rк = 0,326 * 0,3 = 0,098 Ом, Хк = 0,078 * 0,3 = 0,023 Ом.

Трансформатор ТМЗ 1600 - 10 / 0,4 - У3 [46]: Uк = 6%, ∆Рк = 16,5 кВт = 16500 Bт.

.

Ток, протекающий через выключатель Q1 при трехфазном КЗ в точке К3:

.

Первичный ток уставки токовой отсечки: Iто = Кн * Iк3 = (1,2 - 1,3) * 2,2 = 2,7 кА,

где Кн - коэффициент надежности.

При КЗ на шинах 0,4 кВ ТП отсечка работать не будет, т.к. ее ток уставки выше тока КЗ:

2,7 кА > 2,2 кА.

Коэффициент чувствительности ТО проверяется по току двухфазного КЗ в конце кабельной ЛЭП (точка К2, рис.7).

Ток трехфазного КЗ:

,

Ток двухфазного КЗ:

Коэффициент чувствительности ТО:

, где Кч = 2 - нормируемый нижний предел чувствительности для основной защиты. Констатируем: имеется двухкратный запас чувствительности.

б) Расчет первичного тока МТЗ и коэффициента чувствительности (вторая ступень).

Ток возврата МТЗ должен быть больше пикового тока группового самозапуска, который протекает при возобновления питания после кратковременного перерыва (рис.8).

Рис.8. Ток через Q1 при КЗ в точке К4: 1 - момент появления КЗ, 2 - момент отключения КЗ, 3 - окончание самозапуска двигателей на оставшихся в работе фидерах,

Iсз - начальный ток самозапуска, Iвзв - ток возврата МТЗ, Iуст - ток уставки (ток срабатывания) МТЗ.

Расчетный ток ЛЭП : Ip = 99,6 A (см. выше).

Ток уставки МТЗ , где

Кн - коффициент надежности, для микропроцессорных реле Кн = 1,1 - 1,2;

Ксз - коэффициент самозапуска, Ксз = 2 - 4;

Кв - коэффициент возврата, для электромагнитных реле Кв = 0,8 - 0,9, для микропроцессорных реле Кв = 0,93 - 0,94.

МТЗ должна быть чувствительной к двухфазным КЗ на шинах 0,4 кВ ТП.

Ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ: Iк3 = 2,2 кА (см. выше).

Коэффициент чувствительности > 1,2, где Кч = 1,2 - нормируемый нижний предел чувствительности для резервной защиты. Констатируем: имеется значительный запас чувствительности.

Выдержка времени МТЗ.

Вводной выключатель 0,4 кВ КТП (Q2) селективного исполнения имеет выдержку времени t = 0,3 с. Для обеспечения селективности работы защиты при КЗ в точках К4 или К3 необходимо, чтобы МТЗ на выключателе Q1, которая "видит" эти замыкания, имела выдержку времени tз = t + ∆t = 0,3 +0,3 = 0,6 c, где ∆t = 0,3 с - ступень селективности для микропроцессорных защит.

в) Расчет первичного тока защиты от перегрузки с действием на сигнал (третья ступень).

Ток уставки , где

Кн - коффициент надежности, для микропроцессорных реле Кн = 1,1 - 1,2;

Кв - коэффициент возврата, для микропроцессорных реле Кв = 0,93 - 0,94.

Время выдержки защиты от перегрузки t = 9 с.

2.7. Расчет токов трехфазного КЗ в сети 0,4 кВ и проверка электрооборудования на устойчивость.

0,8 мОм

0,16 мОм

0,037мОм

1600 кВА

Rт=0,37 мОм

Xт=2,1 мОм

6 кВ

ААБ 3х95

Рис.9. Расчетные точки КЗ.

Выбор расчетных точек.

К1 -за вводным выключателем Q2 - для проверки Q2 на отключающую и включающую способность и шинопровода М1 на динамическую стойкость;

К2 - за выключателем Q3 - для его проверки на отключающую и включающую способность;

К3 - в начале шинопровода ШР1 - для его проверки на динамическую стойкость;

К4 - в начале ответвления от распределительного шинопровода к ЭП - для проверки выключателя Q4 на отключающую и включающую способность;

К5 - в конце шинопровода Ш4 - для проверки чувствительности защиты от однофазных КЗ.

Расчет сопротивлений элементов эл. сети и эквивалентных сопротивлений до выбранных расчетных точек КЗ.

сопротивление системы, приведенное к 0,4 кВ ;

сопротивление кабельной ЛЭП 10 кВ, приведенное к 0,4 кВ

мОм;

мОм;

сопротивление трансформатора, приведенное к 0,4 кВ.

мОм;

мОм.

Автоматический выключатель Q1 типа ВА 55-41, Iн = 1000 А, Rа = 0,25 мОм, Ха = 0,1 мОм, [39, стр.139];

переходное сопротивление контактных соединений до точки К1 Rд = 15 мОм [39, стр.137].

Эквивалентное сопротивление до точки К1

мОм;

мОм.

Точка К2 расположена за автоматом ответвления к ближайшему распределительному шинопроводу:

Сопротивление участка магистрального шинопровода длиной 2,2 м

мОм

мОм,

сопротивление автомата Q3 ВА 51-39, установленного в ответвительной секции магистрального шинопровода ШР1:

Rа = 0,65 мОм, Ха = 0,17 мОм,

переходное сопротивление контактных соединений Rд = 5 мОм.

Эквивалентное сопротивление до точки К2

мОм;

мОм.

Точка К3 расположена в начале распределительного шинопровода ШР1 типа ШРА-630:

Сопротивление кабеля АВВГ 2х(3 х 150 + 1 х 120) длиной 6 м ответвления от магистрального к распределительному шинопроводу

Rк = 0,5* Rо * l = 0,5 * 0,206 * 6 = 0,618 мОм, Хк = 0,5* Хо * l = 0,5 * 0,074 * 6 = 0,222 мОм,

переходное сопротивление контактных соединений Rд = 5 мОм.

Эквивалентное сопротивление до точки К3

мОм;

мОм.

Точка К4 расположена непосредственно за автоматом Q4 типа АЕ 2056, Iн = 100 А:

Rа = 2,15 mОм, Ха = 1,2 mОм,

Эквивалентное сопротивление до точки К4

мОм;

мОм.

Периодическая слагающая тока трехфазного КЗ в точке К1:

кА.

Ударный коэффициент можно определить по кривым [43, стр. 143 или 42, стр. 358] в зависимости от отношения Х / R = 3,037 / 15,78 = 0,19, Ку = 1,

кА.

Вводной выключатель КТПП-1600 Q2 типа ВА 55-45 имеет номинальную рабочую наибольшую отключающую способность Ics = 80 кА [45]: 80 > 14,4 - проходит.

Ток динамической стойкости вводного шкафа ШНВ-3УЗ составляет 50 кА [46]: 50 > 20,3-проходит.

Ток динамической стойкости магистрального шинопровода ШМА 3200 равен 140 кА (см. выше): 140 > 20,3 - шинопровод проходит по динамической стойкости.

Периодическая слагающая тока трехфазного КЗ в точке К2:

кА

Автоматический выключатель Q3 типа ВА 51-39, установленный в ответвительной секции ШМА имеет номинальную рабочую наибольшую отключающую способность Ics = 35 кА [45]: 35 > 10,65 - проходит.

Периодическая слагающая тока трехфазного КЗ в точке К3:

кА

R / X = 27,081 / 3,44 = 7,87, Ку = 1,

кА.

Динамическая стойкость распределительного шинопровода ШРА-630 кА > 12 кА - шинопровод проходит.

Периодическая слагающая тока трехфазного КЗ в точке К4:

кА

Автоматический выключатель Q4 типа АЕ 2023, установленный в ответвительной коробке ШРА 630 для вентиляторов и тепловых завес имеет номинальную рабочую наибольшую отключающую способность Ics = 1,5 кА [45]: 1,5 < 7,81 - по отключающей способности выключатель не проходит.

Заменяем его на более совершенный автоматический выключатель типа АЕ 2050М2 с номинальным током 100 А, номинальная рабочая наибольшая отключающая способность Ics = 6 кА, номинальная предельная наибольшая отключающая способность Icu = 8 кА, 8>7,81