Модуль 6. Выбор электрических аппаратов

Тема 6.1. Выбор коммутационных аппаратов

Аппараты и проводники электроустановок должны соответствовать окружающей среде и роду установки, иметь необходимую прочность изоляции, выдерживать токовую нагрузку длительного режима и токи КЗ, удовлетворять требованиям технико-экономической целесообразности и др.

Как правило, все аппараты выбирают по номинальному напряжению и току:

U_ном ≥ U_{ном уст}, (6.1)

где U_ном – номинальное напряжение аппарата; U_{ном уст} – номинальное напряжение электроустановки, в которой используется аппарат;

I_ном ≥ I_max, (6.2)

где I_ном – номинальный ток аппарата;

I_max – наибольший длительный расчетный ток аппарата.

Большинство аппаратов, выбранных по номинальным параметрам, подлежат проверке дальнейшей проверке.

Силовые выключатели

Проверка выключателей осуществляется:

- по отключающей способности;

- термической стойкости к токам КЗ;

- электродинамической стойкости к токам КЗ.

Проверка по отключающей способности периодической составляющей расчетного тока КЗ выполняется по условию

I_{ном откл} > I_п, (6.3)

где I_{ном откл} – номинальный ток отключения выключателя, приводимый в справочных или каталожных данных выключателя;

I_п – действующее значение периодической составляющей расчетного тока КЗ в момент  расхождения контактов выключателя.

Для систем электроснабжения в большинстве расчетных случаев можно принять I_п = I_п0.

Проверка выключателя по термической стойкости выполняется по условию

I²_термt_терм > В_к, (6.3)

где I_терм и t_терм – ток и время термической стойкости, принимаемые по справочным данным.

Проверка выключателя по электродинамической стойкости выполняется по условию

i_дин > i_у, (6.4)

где i_у – расчетный ударный ток КЗ; i_дин – амплитудное значение тока динамической стойкости, принимаемое по справочным данным.

Высоковольтные плавкие предохранители

Для предохранителя условие выбора (6.2) приобретает вид

I_{ном пр} > I_{ном в} > I_max, (6.5)

где I_{ном пр} – номинальный ток предохранителя;

I_{ном в} – номинальный ток плавкой вставки.

Для трансформатора I_max, определяется с учетом его допустимых перегрузок, и бросков тока намагничивания. Обычно I_{ном в} выбирается с двукратным превышением номинального тока трансформатора.

По отключающей способности предохранитель проверяется на отключение периодической составляющей расчетного тока КЗ

I_{ном откл} > I_п0, (6.6)

где I_{ном откл} – номинальный ток отключения, приводимый в справочных данных.

Разъединители

Проверка выбранных по конструктивному выполнению и условиям (6.1-6.2) разъединителей осуществляется:

- по термической стойкости (6.3);

- электродинамической стойкости (6.4).

Тема 6.2. Выбор оборудования ру

Выбор реакторов производится по условиям (6.1-6.2).

Необходимую реактивность реактора (%) при заданном снижении тока КЗ определяют по формуле

(6.7)

где I_{р ном} – номинальный ток реактора; I_τ – ток КЗ, соответствующий времени отключения  и ограниченный реактором; I_к – ток КЗ до установки реактора.

Остаточное напряжение (%) на шинах подстанции при КЗ за реактором на отходящей линии

(6.8)

где Х_с – сопротивление системы до места установки реактора.

Трансформаторы тока выбираются по конструктивному выполнению, условию (6.1) и номинальному первичному току

I_ном1 > I_max. (6.9)

Проверка трансформаторов тока выполняется по нагрузке вторичной обмотки в соответствующем классе точности, термической и динамической стойкости.

Расчетная вторичная нагрузка Z_2p не должна превышать номинальную Z_2ном, задаваемую в каталогах

Z_2ном > Z_2p= R_2p. (6.10)

Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов R_приб, соединительных проводов R_пр и переходного сопротивления контактов R_к. Сопротивление приборов, питающихся от трансформатора тока, определяется по их суммарной мощности S_

(6.11)

где I_ном2 – номинальный ток вторичной обмотки.

Сопротивление контактов принимают R_к = 0,05 Ом при 2-3 приборах и R_к = 0,1 Ом при большем количестве приборов. Сопротивление проводов рассчитывают по их сечению и длине. Сечение медных проводов принимают не менее 2,5 мм². Длина проводов зависит от места установки приборов (шкафы КРУ 6-10 кВ – 4-6 м, Ру 35 кВ – 40-60 м, РУ 110-220 кВ – 60-80 м).

Проверка трансформатора тока по термической стойкости выполняется по условию (6.3). Проверка по динамической стойкости выполняется по условию (6.4) или условию

k I_ном1 > i_у, (6.12)

где k – кратность тока динамической стойкости трансформатора, задаваемая в каталогах.

Трансформаторы напряжения выбираются по конструктивному выполнению, условию (6.1) и классу точности.

Соответствие классу точности следует проверять путем сопос­тавления номинальной мощности трансформатора S_ном с фактической расчетной нагрузкой приборов, подключенных к вторичной обмотке

S_ном > S_2p. (6.13)

Суммирование нагрузок производится арифметически. Сопротивление соединительных проводов не учитывается.

В трансформаторах напряжения пятистержневого исполнения (типа НАМИТ) имеется дополнительная вторичная обмотка, соединенная в разомкнутый треугольник. Такие трансформаторы, кроме цели измерения, применяются для контроля изоляции в сетях с изолированной нейтралью.

Шины и опорные изоляторы.

Проверка шинных конструкций выполняется по термической и электродинамической стойкости к токам КЗ.

На термическую стойкость шины проверяются по условию

_к ≤ _{к доп}, (6.14)

где _к − температура шин при нагреве током КЗ; _{к доп} − допустимая температура нагрева шин при КЗ.

Величина _{к доп} приводится в справочных материалах [3], величина _к определяется по кривым, приведенным, например, в [1].

На электродинамическую стойкость шины проверяются по условию

σ_расч ≤ σ_доп, (6.15)

где σ_расч – расчетное напряжение на изгиб, возникающее в материале шин при протекании ударного тока трехфазного КЗ;

σ_доп – допустимое напряжение на изгиб материала шин.

Рассмотрим шинную конструкцию с тремя расположенными в одной плоскости шинами (рис. 6.1). Наибольшая сила (Н), действующая на шину при их расположения в одной плоскости (рис. 6.1),

(6.16)

где а – расстояние между шинами, м; L – длина пролета шин (расстояние между опорными изоляторами), м; i_у⁽³⁾ – ударный ток трехфазного КЗ, кА.

а) б)

Рис. 6.1. Расположение жестких шин плашмя (а) и на ребро (б)

Изгибающий момент, создаваемый ударным током,

(6.17)

Расчетное механическое на­пряжение (МПа) в материале шины:

(6.18)

где W – момент сопротивления, м³.

При расположении шин плашмя (рис. 6.1, а)

W = bh²/6; (6.19)

при расположении шин на ребро (рис. 6.1, б)

W = hb²/6, (6.20)

момент сопротивления круглых шин

W = 0,1/d³, (6.21)

где d – диаметр шины, м.

Выбор опорных изоляторов шинных конструкций осуществляется по конструктивному выполнению, роду установки, напряжению. Проверка опорных изоляторов на механическую прочность выполняется по условию

F⁽³⁾ < F_разр, (6.22)

где F_разр – разрушающая механическая нагрузка на изолятор, приводимая в каталожных данных.

Выбор аппаратов напряжением до 1 кВ

Плавкие предохранители. Выбор плавких вставок предохранителей на стороне низкого напряжения трансформатора производится по условию (6.5). Для предохранителей, защищающих ответвления к электродвигателям должны выполняться следующие условия:

- для одиночного двигателя

I_{в ном} > I_{д ном}; , (6.23)

где I_{в ном} – номинальный ток плавкой вставки предохранителя;

I_{д ном} – номинальный ток двигателя;

I_пуск – пусковой ток двигателя;

α – коэффициент, учитывающий тяжесть и частоту пуска.

- для группы двигателей

(6.24)

где I_пуск.max – пусковой ток электродвигателя с наибольшим пусковым током;

I_р – расчетный ток рассматриваемой группы без электродвигателя с наибольшим пусковым током.

Коэффициент α = 2,5 при нормальных условиях пуска; α = 1,6…2,0 для двигателей с тяжелыми условиями пуска.

В осветительных сетях плавкие вставки предохранителей выбираются только по условию

I_{в ном} > I_{р осв}, (6.25)

где I_{р осв} – расчетный ток защищаемого участка осветительной сети.

Для того чтобы плавкие вставки эффективно защищали провода и кабели выбранных сечений, должно выполняться условие

I_{в ном} < 3I_д, (6.26)

где I_д – допустимый длительный ток выбранного проводника.

Автоматические выключатели. Выбор автоматических выключателей по току производится исходя из следующих условий:

- номинальный ток автоматического выключателя I_{а ном} не должен быть меньше наибольшего длительного тока I_max

I_{а ном} > I_max; (6.27)

- уставка тока электромагнитного расцепителя I_у.э принимается по максимальному длительному току линии или пусковому току электродвигателя

I_{у э} > 1,25I_max; I_{у э} > 1,25I_пуск; (6.28)

- уставка теплового расцепителя I_{у т} с нерегулируемой обратнозависимой от тока характеристикой выбирается по условию

I_{у т} > I_max; (6.29)

- уставка теплового расцепителя с регулируемой обратнозависимой от тока характеристикой выбирается по условию

I_{у т} > 1,6I_max. (6.30)

Комплектные шинопроводы. Магистральные шинопроводы типа ШМА выбирают по расчетному току силового трансформатора, к которому подключена магистраль и проверяются на электродинамическую стойкость.