4. Обеспечение защиты сээс от токов кз

Защита от токов короткого замыкания (КЗ) осуществляется с помощью автоматических выключателей (АВ). Основной задачей защиты является отключение поврежденного участка и сохранение питания других потребителей. Это свойство защиты называется селективностью. Наибольшее распространение обеспечения селективности получил способ введения ступеней выдержек времени. При таком подходе настройка защиты смежных участков сети производится на разное время срабатывания. Для обеспечения бесперебойности питания генераторные автоматы должны иметь самую большую выдержку времени, далее в сторону убывания следуют выдержки секционных автоматических выключателей, автоматических выключателей перемычек и наименьшую выдержку имеют автоматические выключатели фидеров к вторичным распределительным щитам (ВРЩ). Обеспечивают такую защиту селективные автоматические выключатели, имеющие механизм выдержек времени. Отечественные автоматические выключатели имеют следующий набор выдержек: 1 с, 0,63 с, 0,38 с, 0,18 с,зарубежные фирмы (SchneiderElectric) – 0,4 с, 0,3 с, 0,2 с, 0,1. Обычно, в цепях потребителей электроэнергии используют установочные АВ, не имеющие механизма выдержек времени. Собственное время срабатывания установочных АВ определяется их конструкцией. АВ, имеющие собственное время срабатывания менее 0,04 с, принято называть токоограничивающими. Обычно, АВ предназначены для использования определенного рода тока. АВ, допускающие использование в цепях постоянного и переменного токов, называют универсальными. Современные СЭЭС имеют высокую степень автоматизации, поэтому АВ, задействованные в алгоритмах управления, должны иметь механизм дистанционного управления В данном расчетном задании необходимо выбрать и проверить следующие АВ: генераторный (АВг); секционный (АВс); ЩО (АВщо); ЯШ (АВяш); ПУ (АВпу). Выбор АВ осуществляется по значению номинального тока максимального расцепителя Iн.р, который определяется из условия: ýîí.ð II  где Iэо– номинальный ток защищаемого электрооборудования, с запасом, определяемым дискретностью шкалы значений.В данном расчетном задании необходимо выбрать и проверить следующие АВ: генераторный (АВ_г); секционный (АВ_с); ЩО (АВ_що); ЯШ (АВ_яш); ПУ (АВ_пу).

Время формирования ударного тока:

Время отключение автоматов: t_{АВ1 АВ2}=0.4с; t_{АВ3 АВ4}=0.2с

Переходная составляющая ЭДС:

Сверхпереходная составляющая ЭДС:

Пересчитаем сопротивления в относительные единицы:

После выбора АВ проверяют по предельной коммутационной способности (ПКС). ПКС объединяет в себе понятие предельной отключающей и предельной включающей способности. Предельная отключающая способность АВ определяется наибольшим действующим значением периодической составляющей тока трехфазного КЗ в момент расхождения дугогасительных контактов, который АВ способен отключить, оставаясь после этого в пригодном для работы состоянии. Предельная включающая способность АВ определяется максимальным значением ударного тока КЗ на который может быть включен АВ без приваривания контактов и других повреждений (Iвкл КЗ). Опыт выбора выключателей показывает, что определение предельной включающей способности часто является достаточным. Поэтому для проверки выключателя по ПКС проводится расчет ударного тока металлического трехфазного КЗ. Ударный ток КЗ – это амплитуда максимального тока, в момент времени 0,01 с. Учитывая то, что селективные АВ находятся под действием тока КЗ заданное время, их дополнительно проверяют на термическую устойчивость (ТУ).Выполнение этой проверки требует расчета значения тока отключения (Iотк), зависящего от установленной выдержки времени срабатывания АВ. В общем случае ударный ток КЗ (Iуд)содержит три составляющие:

- периодическую Iп;

- апериодическую Iа;

- ток подпитки от асинхронной нагрузки IпАД (не учитывается при проверке генераторных автоматических выключателей).

В токе отключения Iотк отсутствует составляющая тока подпитки.

Расчет периодической составляющей тока КЗ.

rа – активное сопротивление обмотки статора генератора; Rкз, Хкз – активное и индуктивное сопротивления цепи короткого замыкания. При составлении схемы замещения цепи КЗ необходимо учитывать, что в ее состав:

1) входят сопротивления всех элементов системы, расположенных до проверяемого АВ: сопротивления источника, сопротивления участков кабельной сети, сопротивления АВ находящихся в цепи до проверяемого АВ(сопротивление трансформатора освещения в данном расчете не учитывается);

2) не входит сопротивление АВ, ПКС которого проверяется.

Значения постоянных времени и параметры генератора берутся из паспортных данных СГ, влияние на них цепи замещения КЗ в данном расчете не учитывается.

Обычно в СЭС предусматривается параллельная работа нескольких генераторов. В расчете токов КЗ этот вариант при одинаковых «n» источниках учитывается введением эквивалентного генератора, имеющего те же значения ЭДС и уменьшенные в «n» раз значения сопротивлений цепи КЗ до ГРЩ

Расчет апериодической составляющей тока КЗ:

Помимо перечисленных составляющих на ударный ток КЗ влияет ток подпитки АД. В действующем стандарте влияние перехода асинхронной нагрузки в генераторный режим производится с помощью эквивалентного двигателя. При определении тока отключения селективных АВ (генераторных и секционных) ток подпитки не учитывается. В работе ток подпитки определяется следующим образом: 1) рассчитывается мощность эквивалентного АД: , где - суммарная мощность работающих генераторов; 2) определяется ток эквивалентного АД, выраженный в амперах I_АД; 3) определяется значение тока эквивалентного двигателя в относительных единицах ,

где Iг – значение номинального тока одного генератора; 4) определяется значение тока подпитки для времени 0,01 с -

Способ проверки на термическую устойчивость АВ (ТУ_АВ) зависит от параметров, представленных в справочной литературе. Применяются следующие способы:

1. По действующему значению тока отключения (ТУ_р.1);

2. С помощью выражения: где I_уст – значение тока уставки срабатывания максимального расцепителя.

В работе наряду с указанными способами предлагается использовать выражение:

Условиями правильности выбора АВ является выполнение следующих неравенств:

1. 

2. 

3. ТУ_р.i≤ ТУ_АВ, где i =1…3.

Ниже в таблице 4.6 представлены рассчитанные значения для выключателей разных типов

Таблица 4.1

Параметры	АВг	АВс	АВщо	АВяш	АВпу
Параметры защищаемой цепи
Iн, А	542	3252	414,64	188,78	1348,8
Iуд*, о.е.	20,48	48,51	16,32	12,76	17,55
Iуд= Iуд*× Iн.г, кА	11,10	26,3	4,88	1,85	18,18
Iотк*, о.е.	20,48	48,51	8,87	8,45	8,93
Iотк= Iотк*× Iн.г, кА	11,10	26,3	-	-	-
tотк, с	0,7	0,5	-	-	-
ТУр.1, кА	11,10	50,11	-	-	-
ТУр.2, кА2с	4,48	19,13	-	-	-
ТУр.3, кА2с	24,15	94,75	-	-	-
Параметры АВ
Тип	BA71	BA71	А37	А37	BA71
Iн.р, А	625	4000	400	160	1250
Iвкл.КЗ, кА	115	150	50	50	130
ТУАВ, кА2с	1300	3000	250	250	3000
Уставка срабатывания по току, о.е.	2,5	5	5	5	5
Уставка срабатывания по времени, с	0,4	0,4	0,4	0,4	0,4
Дистанционное управление	+	+	+	+	+
Сравнение параметров защищаемых цепей и АВ
Iн, А и Iн.р, А
Iуд, кА и Iвкл.КЗ, кА
Для селективных АВ
ТУр.1, кА2с и ТУАВ, кА2с	ТУр.1≤ТУАВ	ТУр.1≤ТУАВ	-	-	-
ТУр.2, кА2с и ТУАВ, кА2с	ТУр.2≤ТУАВ	ТУр.2≤ТУАВ	-	-	-
ТУр.3, кА2с и ТУАВ, кА2с	ТУр.3≤ТУАВ	ТУр.3≤ТУАВ	-	-	-