Условия выбора и проверки разъединителей и выключателей нагрузки

Параметры аппаратов	Условия выбора и проверки
	Разъединители	Выключатели нагрузки
Номинальное напряжение, кВ	Uном ≥ Uном. у	Uном ≥ Uном. у
Номинальный ток, А	Iном ≥ Iм	Iном ≥ Iм
Предельный сквозной ток (амплитудное значение), кА	iпр.скв ≥ iу	iпр.скв ≥ iу
Ток термической стой- кости, кА ; допустимое время его действия, с	I2терtтер ≥ Bк	I2терtтер ≥ Bк
Номинальный ток отключения, кА	–	Iоткл.ном ≥ Iм

Cборные шины РУ 10(6) кВ выбираются согласно [19] по допустимому длительному току нагрузки (по условию нагрева), проверяются на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ. Сборные шины не проверяются по экономической плотности тока.

Условие выбора сечения шин по нагреву

I_доп ≥ I_м,

где I_доп – допустимый длительный ток на шины выбранного сечения с учётом поправки при расположении шин плашмя [19, п. 1.3.23] или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (25 ^ºС).

В последнем случае допустимый ток определяется по формуле

I_доп = I_{доп.ном ,}

где I_{доп.ном} – допустимый ток на шины по таблицам [19] или справочной литературы при температуре воздуха 25 ^ºС;

– действительная температура воздуха, ^ºС.

При проверке однополосных прямоугольных шин, расположенных в одной плоскости, на электродинамическую стойкость наибольшая сила F⁽³⁾, Н, воздействующая на шины и вызывающая их изгиб, определяется по формуле

где l – расстояние между опорными изоляторами (длина пролета шин), м;

а – расстояние между осями шин, м;

К_ф – коэффициент формы, учитывающий форму поперечного сечения и взаимное расположение проводников. Для прямоугольных шин К_ф = 1, так как расстояние между шинами значительно больше периметра сечения шины;

i_у – ударный ток трёхфазного КЗ, кА.

Шины проверяются на электродинамическую стойкость по условию

σ_доп ≥ σ_расч,

где σ_доп – допустимое механическое напряжение в материале шин, МПа. Согласно [22, табл. 4.2] для шин из алюминиевого сплава марки АД31Т σ_доп = 89 МПа, для алюминиевых шин марки А – 82 МПа.

σ_расч – расчётное наибольшее механическое напряжение в материале шин от изгиба, МПа; определяется по формуле

,

где W – момент сопротивления шины, см³, относительно оси, перпендикулярной к направлению изгибающей силы F⁽³⁾.

Момент сопротивления зависит от формы и расположения шин. При рас- положении в одной плоскости и размещении однополосных прямоугольных шин на опорных изоляторах большей стороной h (плашмя) момент сопротивления равен

W = ;

при размещении однополосных шин на изоляторах меньшей стороной b (на ребро) момент сопротивления равен

W = ,

где b и h размеры поперечного сечения шины, см.

При проверке термической стойкости шин выбранного стандартного се- чения S, мм², должно быть выполнено условие

S ≥ S_тер.min = ,

где S_тер.min – минимально допустимое сечение шин по условию термической стойкости, мм²;

B_к – тепловой импульс тока КЗ, А^{2 .} с;

C_т – коэффициент, зависящий от допустимой температуры нагрева при КЗ и материала шин. Значения коэффициента (функции) C_т, А^.с^1/2/мм², для жёстких шин приведены в [22, табл. 3.16]. Для шин из алюминиевого сплава марки АД31Т при начальной температуре нагрева 70 ºС он равен 82, для медных шин C_т = 170.

Жёсткие шины в распределительных устройствах крепятся на опорных изоляторах. Опорные изоляторы выбираются по номинальному напряжению и проверяются на механическую нагрузку при КЗ. Условие проверки

F_доп = 0,6F_разр ≥ F_расч,

где F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, кН;

F_разр – минимальная разрушающая сила на изгиб данного типа изолятора, кН [16];

F_расч – расчётная сила, действующая на изолятор, кН.

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчётная сила, кН,

где i_у – ударный ток трёхфазного КЗ, кА.

Пример. Выбрать сечение прямоугольных шин в РУ 10 кВ и проверить их на электродинамическую и термическую стойкость к действию токов короткого замыкания, если расчётный ток нагрузки I_р = 1930 А, токи короткого замыкания: i_у = 51 кА, I_п0 = = 20 кА. Шины расположены в РУ горизонтально, на изоляторах установлены плашмя. Расстояние между опорными изоляторами l =1 м, расстояние между фазами а = 0,35 м. Время отключения КЗ равно t_откл = t_р.з + t_откл.в. = 0,45 + 0,15 = 0,6 с.

Р е ш е н и е

Выбираем в [19, табл. 1.3.31] по расчётному току алюминиевые прямоугольные однополосные шины размером 120 x 10 мм, сечением S = 1200 мм²_, с допустимым током I_доп = 2070 А.

Проверяем шины на электродинамическую стойкость к действию токов КЗ. Рас- чётная сила, воздействующая на шины при трёхфазном КЗ, равна

Н.

Определяем механическое напряжение в шинах

МПа

где = = 24 см³.

Так как σ_доп = 82 МПа [22, табл. 4.2] больше σ_расч = 5,4 МПа, то шины электродинамически устойчивы.

Определяем минимально допустимое сечение шин по условию термической стойко- сти

мм².

Так как выбранное сечение шин S = 1200 мм² больше S_тер.min = 190 мм², то шины термически стойки.

По номинальному напряжению на шинах РУ выбираем опорные изоляторы типа ИО-10-3,75УЗ [16, с. 282] с F_разр = 3,75 кН. Проверяем их на механическую нагрузку при КЗ по условию F_доп = 0,6F_разр ≥ F_расч

F_доп = 0,6F_разр = 0,6^.3,75 = 2,25 ≥ F_расч = 1,286 кН. Условие выполняется.

Кабели выбираются по напряжению, конструкции, экономической плот- ности тока и допустимому току, проверяются на термическую стойкость по условию

,

где S_тер.min – минимально допустимое сечение кабеля по условию термической стойкости, мм²;

B_к – тепловой импульс тока КЗ, А^{2 .} с;

C_т – коэффициент, зависящий от допустимой температуры нагрева кабеля при КЗ и материала жил. Значения коэффициента (функции) C_т, А^.с^1/2/мм², приведены в [22, табл. 3.17]. Для кабелей напряжением 10(6) кВ с алюминиевыми жилами C_т = 90.

Пример. Выбранный по расчётному току кабель марки ААБ-3x35-10 проверить по термической стойкости к токам короткого замыкания при I_п0 = I_∞= 6,5 кА и времени отключения КЗ, равному t_откл = t_р.з + t_откл.в. = 0,45 + 0,15 = 0,6 с.

Р е ш е н и е

Определяем минимально допустимое сечение кабеля по условию термической стойкости, пренебрегая постоянной времени апериодической составляющей тока КЗ

мм².

Выбранный кабель сечением 35 мм² не удовлетворяет условию термической стойкости. Принимаем время действия релейной защиты 0,3 с. Тогда S_тер.min = 6500 /90 = 48 мм². Кабель сечением 50 мм² является термически стойким.

Трансформаторы тока выбираются по: номинальному напряжению, номинальному первичному току, конструктивному выполнению и классу точности; проверяются на электродинамическую стойкость, термическую стойкость и вторичную нагрузку.

Класс точности трансформатора тока определяется в зависимости от класса точности измерительных приборов, с которыми он должен работать.

Условие проверки на электродинамическую стойкость:

k_дин I_1ном ≥ i_у или i_дин ≥ i_у,

где k_дин – кратность тока электродинамической стойкости трансформатора тока; приводится в каталогах и справочниках [16], [35] и др.;

I_1ном – номинальный первичный ток трансформатора тока, кА;

i_у – ударный ток трёхфазного КЗ по расчёту, кА;

i_дин – ток электродинамической стойкости трансформатора тока, кА; приводится в каталогах и справочниках.

Условие проверки на термическую стойкость

(k_тI_1ном)² t_тер ≥ B_к или I²_терt_тер ≥ B_к,

где k_т – кратность тока термической стойкости трансформатора тока; приводится в каталогах и справочниках [16], [35] и др.;

t_тер – допустимое время термической стойкости трансформатора тока, с; приводится в каталогах и справочниках;

B_к – тепловой импульс тока КЗ, кА^{2 .} с, по расчёту;

I_тер – ток термической стойкости, кА; даётся в каталогах и справочниках.

Так как класс точности трансформатора тока зависит от величины его нагрузки, то необходимо сравнить вторичную нагрузку Z₂ и номинальную допустимую нагрузку Z_2ном трансформатора тока в выбранном классе точности. Выбираемый трансформатор тока будет работать в заданном классе точности, если соблюдается условие Z₂ ≤ Z_2ном.

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому Z₂ ≈ r₂. Вторичная нагрузка состоит из сопротивлений последовательно включённых приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов

r₂ = r_приб + r_пров + r_{к .}

Сопротивление приборов определяется по выражению

r_приб = S_приб / I²_2ном,

где S_приб – суммарная мощность, потребляемая приборами, В^.А; I_2ном – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока (I_2ном = 5 А).

Сопротивление контактов принимается 0,05 Ом при двух–трёх приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов. Сопротивление, Ом, соединительных проводов определяется исходя из обеспечения условия r₂ ≤ Z_2ном по следующему выражению

r_пров = Z_2ном – r_приб – r_{к .}

По найденному сопротивлению проводов определяется их сечение, мм²

S_пров = ρl_расч / r_пров,

где ρ – удельное сопротивление материала провода, Ом^.мм²/м (для медных проводов ρ = 0,0175, для алюминиевых проводов ρ = 0,0283);

l_расч – расчётная длина, м, соединительных проводов, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока: при одном трансформаторе тока l_расч = 2l, где l – длина одного провода между трансформатором тока и измерительным прибором; при двух трансформаторах тока, соединённых по схеме неполной звезды, l_расч = l; при трёх трансформаторах тока, соединённых в звезду, l_расч = l. Длину соединительного провода от трансформатора тока до прибора (в один конец) можно приблизительно принять по [22, с. 301].

Пример. Выбрать трансформатор тока и проверить на действие токов КЗ, если расчётный ток I_м = 350 А, напряжение U_{ном. уст} = 10 кВ, токи короткого замыкания: I_п0 = 10 кА, i_y = 18 кА, время отключения КЗ t_откл = 2,2 с.

Р е ш е н и е

Выбираем трансформатор тока ТПЛ-10 [16, с 294]. Сравнительная таблица расчётных и номинальных данных выбранного трансформатора тока приведена ниже.

Таблица 3.3

Выбор трансформатора тока

Трансформатор тока ТПЛ-10
Расчетные данные	Номинальные данные
Uном. уст = 10 кВ	Uном = 10 кВ
Iм = 350 А	I1ном = 400 А
iу = 18 кА	iдин = kдин · ·I1ном = 165·1,41·0,4=90 кА
I2п0 tоткл = 102 . 2,2 = 222 кА2 . с	(kтI1ном)2tтер = (35 . 0,4)2 . 3 = 588 кА2 . с

Трансформаторы напряжения выбираются по номинальному первичному напряжению, конструкции, схеме соединения обмоток, классу точности и вторичной нагрузке.

Класс точности выбирается в соответствии с классом точности измерительных приборов, с которыми должен работать трансформатор напряжения.

Условие выбора по вторичной нагрузке

S_ном ≥ S_2∑,

где S_ном – номинальная мощность трансформатора напряжения в выбранном классе точности, В^.А. Для однофазных трансформаторов, соединённых в звезду, берётся утроенная мощность одного трансформатора, а для соединённых по схеме открытого треугольника – удвоенная мощность одного трансформатора;

S_2∑ – нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединённых к трансформатору напряжения, В^.А. В упрощённых расчётах нагрузка приборов определяется по формуле

,

где S_приб и cos φ_приб – полная мощность, В^.А, и коэффициент мощности каждого прибора; приводятся в справочниках, например [16, с. 387].