8.1. Выбор аппаратов по номинальным параметрам

Аппараты должны удовлетворять условиям длительной номиналь­ной работы, режиму перегрузки (форсированный режим) и режиму возможных коротких замыканий. Аппараты должны соответствовать условиям окружающей среды (открытая или закрытая установка, тем­пература, запыленность, влажность и другие показатели окружающей среды). Как правило, все элементы системы электроснабжения выби­раются по номинальным параметрам и проверяются по устойчивости при сквозных токах короткого замыкания и перенапряжениях.

Номинальное напряжение аппарата соответствует классу его изоля­ции. Всегда имеется определенный запас электрической прочности, оговариваемый техническими условиями на изготовление и позволяю­щий аппарату работать длительное время при напряжении 10—15% выше номинального (максимальное рабочее напряжение аппарата). Отклоне­ния напряжения на практике обычно не превышают этих величин. По­этому при выборе аппарата достаточно соблюсти условие

где u_hоm.a - номинальное напряжение аппарата; U_ном - номинальное напряжение электроустановки, в которой используется аппарат.

Повышению высоты установки аппарата над уровнем моря соответ­ствует снижение применяемого напряжения. При высоте установки аппарата до 1000 м допускаются максимальные рабочие напряжения на аппарате. При больших высотах над уровнем моря напряжение не долж­но превышать номинального значения.

При протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды аппарат может работать неопределенно долго без недопустимого перегрева. Поэтому аппарат надлежит выбирать так, чтобы максимальный действующий рабочий ток цепи не превышал но­минального тока, указанного в паспорте аппарата. Так как расчетная температура окружающей среды принята +35 °С, то при другой физиче­ской температуре окружающей среды _оc следует вычислить длитель­но допустимый ток аппарата

где _доп - наименьшая из допустимых для отдельных частей аппарата температура.

При _о.с < 35 °С ток I_о можно повысить относительно I_ном.а на 0,5% на каждый градус понижения температуры против +35 °С, но все­го не более чем на 20%.

Аппараты, выбранные по номинальному напряжению и номинально­му току, подлежат проверке на термическую и динамическую стойкость при токах короткого замыкания, на отключающую способность. Изме­рительные трансформаторы, кроме того, проверяются на соответствие их работы требуемому классу точности.

Индуктивное сопротивление токоограничивающих реакторов в зави­симости от их назначения выбирается по требуемому снижению тока короткого замыкания за реактором (для снижения необходимой от­ключающей способности выключателей или для использования кабелей меньшего сечения), по минимальному допустимому напряжению на шинах (для обеспечения самозапуска асинхронных двигателей).

8.2. Выбор высоковольтных выключателей (ячеек)

Все высоковольтные потребители подстанций, питающиеся от 5УР и 4УР (цеховые трансформаторы, высоковольтные двигатели, батареи конденсаторов), подсоединяют посредством высоковольтных ячеек. Рекомендуется использовать комплектные ячейки КРУ и КСО. Такое решение позволяет существенно повысить производительность монтаж­ных работ, сократить стоимость подстанций, повысить надежность элект­роснабжения и безопасность обслуживания. Выбор конкретной ячейки комплектного распределительного устройства зависит от токов рабо­чего режима и короткого замыкания в соответствующем присоедине-

нии, предопределяющих выбор выключателя или другого коммутацион­ного аппарата.

В распределительных устройствах 10(6) кВ применяют мало масля­ные подвесные выключатели со встроенными пружинными и электро­магнитными приводами, а также элегазовые, бесконтактные, вакуум­ные и другие выключатели. Маломасляные выключатели встраиваются в стационарные камеры одностороннего обслуживания, применяющие­ся преимущественно в электроустановках средней мощности. Распро­странены шкафы серий КРУ и КР, комплектуемые выключателями ВМПЭ на номинальные токи до 3200 А и токи КЗ до 31,5 кА. Большой диапазон исполнений дает возможность применять выключатели ВМПЭ как для присоединения электроустановок средней мощности, так и на стороне вторичного напряжения крупных трансформаторов.

При больших мощностях короткого замыкания и больших рабочих токах рекомендуется использовать шестибаковые (по два на фазу) горшковые выключатели типа МГГ-10 с номинальным током 3200, 4000 и 5000 А и отключаемым током 30,45 и 60 кА. Для присоединения потребителей с частыми коммутационными операциями рекомендуется использовать шкафы КЭ с электромагнитными выключателями типа ВЭМ-6, ВЭМ-10 на токи 1000-3200 А.

Количество ячеек, присоединенных к секции шин, должно быть вы­брано исходя из следующих потребностей: по одной ячейке на каждое проектируемое присоединение 10(6) кВ; по одной резервной ячейке на каждой секции шин; ячейка с межсекционным выключателем; ячейка с измерительным трансформатором напряжения на каждой сек­ции шин; ячейка с вводным выключателем. Наиболее типичной схемой РУ 10 кВ промышленного предприятия является схема с одиночными секционированными шинами.

Выбор высоковольтных выключателей производят:

по напряжению электроустановки (8.1) и длительному току

где I_ном - номинальный ток выключателя, кА; I_{раб max} - наибольший ток утяжеленного режима, кА, I_{раб mах} = I_р по (2.5);

по электродинамической стойкости при токах короткого замыкания

где I_п0 - действующее значение периодической составляющей началь­ного тока короткого замыкания, кА; I_дин, I_{m дин} — действующее значение периодической составляющей и амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя, кА; i_y — ударный ток короткого замыкания, кА.

Выключатель, выбранный по номинальному напряжению, номиналь-

ному продолжительному току и электродинамической стойкости, дол­жен быть проверен по отключающей способности на возможность от­ключения симметричного тока

где I_п - периодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, кА; I_{откл.ном} номинальный ток отключения выключателя, кА.

Расчетное время отключения выключателя  определяется в соот­ветствии с выражением

где t_р.э.min — минимальное время срабатывания релейной защиты, при­нимаемое равным 0,01 с для первой ступени защиты и 0,01 t_c для последующих ступеней, где t_c - ступень селективности. Значение t_c может быть принято равным 0,3—0,5 с для быстродействующих защит; t_{c.в.откл} - собственное время отключения выключателя, с. Значение t_{c.в.откл} для мало масляных выключателей на 10 кВ ВМП составляет 0,12 с, МГГ - 0,15 с, для электромагнитных ВЭМ - 0,07 с.

На отключение полного тока короткого замыкания с учетом апериодической составляющей выключатель проверяется по выражению

где i_а - апериодическая составляющая тока в момент расхождение контактов выключателя, кА; _Н - нормированное процентное содер­жание апериодической составляющей тока короткого замыкания, зна­чение определяется по кривой на рис. 8.1. Закон изменения апериодиче­ской составляющей описывается уравнением затухающей экспоненты

где T_a - постоянная времени затухания, определяемая по табл. 8.1. По термической стойкости проверка осуществляется по расчетному импульсу квадратичного тока короткого замыкания и найденным в каталоге значениям I_T и t_{T :}

где В_к - расчетный импульс квадратичного тока короткого замыкания, кА • с; I_т - ток термической стойкости выключателя, кА; t_T - дли­тельность протекания тока термической стойкости, с.

При удаленном коротком замыкании значение теплового импульса тока короткого замыкания В_k может определяться по формуле

Значение собственного времени отключения выключателя принима­ется для выбранного типа выключателя на основе вышеуказанных ре­комендаций. Время действия релейной защиты может быть принято: при расчете кабелей и выключателей тупиковых присоединений ЗУР (высоковольтные двигатели, цеховые трансформаторы) t_р.з = 0,01 с; для вводных выключателей РУ 6—10 кВ 4УР t_р.з = 0,5  0,6 с; для коммутационных аппаратов 5УР t_р.з =1,2  2 с.

При коротком замыкании вблизи группы двигателей тепловой им­пульс определяется как суммарный от периодической b_k.п и апериодической В_к.а составляющих:

где I_ПОД — ток короткого замыкания от синхронных и асинхронных двигателей; I_п0с — ток короткого замыкания от системы; Т_Д — по­стоянная времени эквивалентного двигателя. При отсутствии данных о типах двигателей можно принять значение Т_Д равным 0,07 с.

Апериодические составляющие токов двигателей от системы затухают по экспонентам с близкими постоянными времени. Поэтому апериоди­ческую составляющую тока в месте короткого замыкания можно пред­ставить в виде одной экспоненты с эквивалентной постоянной времени

Тепловой импульс от апериодической составляющей тока короткого замыкания

При наличии синхронных двигателей на соседней секции шин максимальное результирующее значение тока внешнего короткого замыкания определяется с учетом суммарной подпитки от обеих секций, так как секционный выключатель может быть включен. При проектировании подстанции промышленного предприятия возникает необходимость повторения процедур выбора аппаратов и токоведущих устройств столь­ко раз, сколько отходящих линий имеется на предприятии.