11. Выбор оборудования тп-1

11.1 Выбор разъединителя

1) Uр ном ≥ Uсети ном

10 kB = 10 kB

2) Iр ном ≥ Iр max

200 А ≥7.0 А

Предлагается разъединитель типа РЛНД-10/200 В с приводом типа ПРН-10м. Проверяется разъединитель на термическую и динамическую стойкость:

It²∙t ≥Ik⁽³⁾²∙tэкв

iд ≥iy

где Uр ном, Iр ном – номинальное напряжение и ток разъединителя; It, t – ток и время термической стойкости,равные 5кА и 10с; tэкв – эквивалентное время протекания тока Ik⁽³⁾ ,равное 2с, iд – ток динамической стойкости, равный 20кА.

5²∙10 =250 > 2.161²∙2 = 9.34 кА²с

20 кА ≥3.34 кА

11.2 Выбор рубильника на напряжение 400 В

Uр ном = 500 В > Uсети ном = 380 В

Iр ном = 250 А > Iр max = 175.7 А

Выбираем рубильник Р - 32 с номинальным током 250 А.

12. Защита от токов короткого замыкания

В проекте необходимо выбрать, рассчитать, проверить на чувствительность и согласовать между собой защиты следующих элементов электрической сети: линий 0,38 кВ, трансформатора 10/0,4 кВ (ТП 1 или ТП 8) и линии 10 кВ. Линии 0,38 кВ защищаются, как правило, автоматическими выключателями (АВ), у которых тепловой расцепитель выполняет роль максимальной токовой защиты с выдержкой времени отключения (МТЗ), электромагнитный расцепитель-защиты без выдержки времени отключения , т.е. токовой отсечки (ТО) .

Силовой трансформатор защищается предохранителем типа ПКТ-10, устанавливаемом со стороны 10 кВ, воздушная линия 10 кВ защищается МТЗ и ТО, действующими на отключение выключателя в начале линии.

На линиях 0,38 кВ, питающих трехфазные потребители, устанавливаются автоматические выключатели непосредственно у потребителя (АВ1), и на подстанции (АВ2). Наиболее распространенным потребительским выключателем является автоматический выключатель серии ВА, а подстанционным - автоматические выключатели серий А3700, АЕ2000.

Если тепловой (полупроводниковый) расцепитель автоматического выключателя, установленного на подстанции, оказывается нечувствителен к токам короткого замыкания, то он заменяется более чувствительной защитой, в качестве которой в последнее время применяется защита ЗТ-0,4 (или ЗТИ), в виде приставки к АВ2.

Если нечувствительным оказывается электромагнитный расцепитель, то он не устанавливается и линия 0,38 кВ защищается только тепловым расцепителем АВ2.

Чувствительность защиты оценивается по выражению:

₍₁₎

Iк min

Кч.т.р.=——— ≥3 , (12.1)

Iт.р.

где I⁽¹⁾к min - минимальный ток однофазного короткого замыкания (ток в конце линии);

Iт.р. - ток срабатывания теплового (полупроводникового) расцепителя.

Чувствительность защиты с электромагнитным расцепителем АВ2 оценивается по выражению

₍₃₎

Iк mах

Кч.эл.р.=——— ≥1,2 , (12.2)

Iэл.р.

где I⁽³⁾к mах - ток 3-х фазного короткого замыкания на шинах подстанции;

Iэл.р. - ток срабатывания электромагнитного расцепителя.

12.1 ЗАЩИТА ЛИНИЙ 0,38 кВ (Л1)

12.1.3 Выбор автоматического выключателя на потребителе (AB1).

В линии Л1 установлен крупный асинхронный двигатель. Данные этого двигателя берем из раздела 8. Для установки у потребителя выбираем автоматический выключатель ВА 57-31-34 c параметрами:

Uном AB1 = 660 B ≥Uном сети=380 B

Iном AB1 = 100 A ≥Iраб max= 80.8 A (12.3)

Iт.р.AB1 = 100 A ≥1.2∙Iраб max= 96.9 A

Iэл.р.AB1= 400 A ≥Iп эл.д=7.0 ∙ 57=399 A,

где Iп эл.д – пусковой ток электродвигателя ( таблица 8.1).

12.1.2 Выбор автоматического выключателя, установленного на подстанции в Л1 (АВ2)

Выбираем выключатель серии А3716Б по параметрам сети:

Uном AB2 = 660 B ≥Uном сети=380 B

Iном AB2 = 160 A ≥Iраб max= 80.8 A (12.4)

По условию селективности:

Iт.р.AB2 = 125 A > Iт.р.AB1 = 100 A (12.5)

Iэл.р.AB2= 630 A > Iэл.р.AB1= 400 A

12.1.3 Оценка чувствительности защиты Л1

Ток однофазного КЗ в конце линии 0,38 кВ 754 А

Ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ ТП 1 2800 А

₍₁₎

Iк min 415

Кч т.р. = ——— = ——— = 6.03 > Кч доп=3 (12.6)

Iу т.р 125

₍₃₎

Iк max 2800

Кч эл.р =——— = ——— = 4.44 > Кч доп=1,2 (12.7)

Iу эл.р 630

Таким образом автоматический выключатель серии3716Б защищает линию Л2 с достаточной степенью чувствительности и селективности.

12.2 ЗАЩИТА ЛИНИЙ 0,38 кВ (Л2)

Расчет защиты линии Л2 аналогичен с расчетом защиты Л1. В этой линии нет крупных электродвигателей, поэтому для защит, установленных на вводе внутренних сетей, определяющим условием будет условие их отстройки от токов нагрузки.

12.2.1 Выбор автоматического выключателя на потребителе (AB1).

Активная мощность потребителя с наибольшей мощностью 50 кВт

Реактивная мощность потребителя с наибольшей мощностью 45 кВАр

Максимальный ток в линии 133.8 А

Для защиты принимаем АВ1 серии ВА 57-35 c параметрами:

Uном AB1 = 660 B ≥Uном сети=380 B

Iном AB1 = 250 A ≥Iраб= 102.3 A

Iт.р.AB1 = 125 A ≥1.2∙Iраб= 1.2∙102.3 = 122.8 A

Iэл.р.AB1= 1250 A

Sрас √ P² + Q² √ 50² + 45²

где I раб=————— = ————— =—————— = 102.3 A

√3∙Uном √3∙Uном √ 3∙0.38

12.2.2 Выбор автоматического выключателя, установленного на подстанции в Л1 (АВ2)

Выбираем выключатель серии А 3716Б по параметрам сети:

Uном AB2 = 660 B ≥Uном сети=380 B

Iном AB2 = 160 A ≥Iраб max= 133.8 A

По условию селективности:

Iраб max = 133.8 А < Iт.р.AB2 = 160 A > Iт.р.AB1 = 125 A

Iэл.р.AB2= 1600 A > Iэл.р.AB1= 1250 A

12.2.3 Оценка чувствительности защиты Л3

Ток однофазного КЗ в конце линии 0,38 кВ 462 А

Ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ ТП 1 2800 А

₍₁₎

Iк min 462

Кч т.р. = ———— = ——— = 2.89 < Кч доп=3

Iу т.р 160

₍₃₎

Iк max 2800

Кч эл.р = ———— =——— = 2.85 > Кч доп=1,2

Iу эл.р 1600

Так как Кч т.р < 3, то применяем приставку к автоматическому выключателю АВ2 типа ЗТ-0,4.

12.2.4 Расчет защиты на ЗТ-0,4

Приставка действует как независимый расцепитель и имеет защиту от междуфазного тока КЗ и защиту от однофазного тока КЗ.

Защита от междуфазного тока КЗ настраивается от нагрузки Л2. Ток срабатывания находится по формуле:

I⁽²⁾_ср ≥ К_м ∙К_з∙I_{раб макс}= 1.2∙1.25∙133.8 = 200.7 A (12.8)

где К_м – коэффициент надежности К_м = 1,2;

К_з - коэффициент, учитывающий увеличение нагрузочного тока К_з = 1,25.

Уставка тока срабатывания ЗТ– 0,4:

I⁽²⁾_ecn = 250 A > I⁽²⁾_ср = 200.7 А (12.9)

Оценка чувствительности определяется по минимальному двухфазному току КЗ:

I⁽²⁾_{к мин} 1028

K⁽²⁾_{ч расч} = ——— = ——— = 4.1> K⁽²⁾_{ч доп} =1.5 (12.10)

I⁽²⁾_ecn 250

Защита чувствительна к междуфазным токам КЗ.

Расчет однофазного тока начинается с определения тока несимметрии;

I_нес = К_нес∙I_{раб макс} = 0.3 ∙ 133.8 = 40.14 A, (12.11)

где К_нес – коэффициент несимметрии, принимаем равным 0.3.

Ток срабатывания защиты I⁽²⁾_ср от однофазного тока КЗ;

I⁽²⁾_ср = К_н ∙ I_нес = 1.2 ∙ 40.14 = 48.17 A, (12.12)

где К_н – коэффициент надежности, равный 1.2.

Выбираем уставку тока срабатывания I⁽²⁾_ср = 80 A.Определяем чувствиткльность этой защиты:

I⁽¹⁾_{к мин} - I_нес 460 – 48.17

K⁽¹⁾_{ч расч} = —————— = ————— = 5.15 > K⁽¹⁾_{ч доп} =1.5 (12.13)

I⁽¹⁾_уст 80

Окончательно для защиты Л2 устанавливаем выключатель серии 3716Б

I_ном = 160 A, I_эл.р = 1600 A,

снабженного приставкой ЗТ-0,4, имеющей:

I⁽²⁾_уст = 250 A, I⁽¹⁾_уст = 80 A.

Таким образом автоматический выключатель серии 3716Б защищает линию Л2 с достаточной степенью чувствительности и селективности.

12.3 ЗАЩИТА ЛИНИЙ 0,38 кВ (Л3)

Расчет защиты линии Л3 аналогичен с расчетом защиты Л1. В этой линии нет крупных электродвигателей, поэтому для защит, установленных на вводе внутренних сетей, определяющим условием будет условие их отстройки от токов нагрузки.

12.3.1 Выбор автоматического выключателя на потребителе (AB1).

Активная мощность потребителя с наибольшей мощностью 22 кВт.

Реактивная мощность потребителя с наибольшей мощностью 13,1 кВАр.

Максимальный ток в линии 58.8 А.

Для защиты принимаем АВ1 серии ВА 57-31-34 c параметрами:

Uном AB1 = 660 B ≥Uном сети=380 B

Iном AB1 = 100 A ≥Iраб= 38.6 A

Iт.р.AB1 = 50 A ≥1.2∙Iраб= 46.3 A

Iэл.р.AB1= 400 A

Sрас √ P² + Q² √ 22 ² + 13.1²

I раб= ——— = ————— = —————— = 38.6A

√3∙Uном √3∙Uном √3∙0.38

12.3.2 Выбор автоматического выключателя, установленного на подстанции в Л3 (АВ2)

Выбираем выключатель серии А 3716Б по параметрам сети:

Uном AB2 = 660 B ≥Uном сети=380 B

Iном AB2 = 160 A ≥Iраб max= 58.8 A

По условию селективности:

Iраб max = 58.8 А < Iт.р.AB2 = 63 A > Iт.р.AB1 = 50 A

Iэл.р.AB2= 630 A > Iэл.р.AB1= 400 A

12.3.3 Оценка чувствительности защиты Л3

Ток однофазного КЗ в конце линии 0,38 кВ 622 А

Ток трехфазного КЗ на шинах 0,4 кВ ТП 1 2800 А

₍₁₎

Iк min 622

Кч т.р. = ———— = —— = 9.87 > Кч доп=3

Iу т.р 50

₍₃₎

Iк max 2800

Кч эл.р = ———— = ——— = 4.44 > Кч доп=1,2

Iу эл.р 630

Таким образом автоматический выключатель серии 3716Б защищает линию Л2 с достаточной степенью чувствительности и селективности.

12.4. Защита трансформатора 10/0,4 кВ.

Трансформаторы защищаются плавкими предохранителями типа ПКТ-10.

Основные условия выбора плавких предохранителей:

Uпред ≥Uном сети

Iном откл ≥Iк max (12.14)

Iном пл.вст ~ 2 Iном тр

Рекомендуется значения токов плавких вставок, Iном пл.вст выбирать в зависимости от мощности трансформатора по таблице 12.1 [2].

Таблица 12.1 – Токи плавких вставок трансформаторов

Sном, кВА	40	100	160
Iном.пл.вст, А	5	16	20
I’’с.з, А	-	85	110

Предварительно выбираем номинальный ток плавкой вставки 20 А. Окончательное значение принимается после построения графика согласования защит.

На стойкость в режиме короткого замыкания силовой трансформатор, защищенный предохранителем, не проверяется [8].

12.5 Защита ВЛ 10 кВ.

Линии напряжением 10 кВ защищаются от токов КЗ с помощью максимальной токовой защиты (МТЗ) и токовой отсечки (ТО) с действием на отключение, и выполняются также на реле типа РТВ и РТМ.

1. Расчет МТЗ, выполненном на РТВ.

12.5.1.1 Ток срабатывания защиты определяется по двум условиям:

1) При отстройке от рабочего максимального тока.

Кн∙Кз 1.1∙1.3

I`с.з.рас= ———∙Iрmax =———— ∙ 34.7 = 76.3 А, (12.15)

Кв 0.65

где Кн - коэффициент надежности, Кн= 1.3,

Кв - коэффициент возврата, Кв= 0.65,

Кз - коэффициент запаса, Кз= 1.1

2) По условию селективности с более удаленной от источника питания защитой, которая выбирается по самому мощному трансформатору 10/0.4 кВ, подключенному к линии (160 кВА).

I``с.з.расч = 110 A (12.16)

Большее значение принимается за расчетное Iс.з.расч = 110.0 А.

12.5.1.2 Ток срабатывания реле

Ксх 1

Icp= ——∙Iс.з.расч = —— 110.0 = 3.67 А (12.17)

Кi 30

где Ксх - коэффициент схемы соединения трансформаторов тока и реле, для схем с неполной звездой, в основном применяемых для защиты линий 10 кВ, Ксх= 1;

Кi - коэффициент трансформации трансформатора тока Кi= 30.

12.5.1.3 Определяем уставку тока на реле.

Iy ≥ Icp= 3,67 A (12.18)

Принимаем Iу = 5.6 A

12.5.1.4 Определяем действительный ток срабатывания защиты.

Ki 30

Ic.з.д = ——∙Iy = ——∙ 5.6 = 168 A (12.19)

Kcx 1

12.5.1.5 Проверяем чувствительность защиты.

₍₂₎

I_{к ч} 780

Кч.расч= ——— = ——— = 4.7 > Кч.доп= 1.5 (12.20)

I_с.з.д 168

12.5.2 Расчет токовой отсечки на РТМ.

12.5.2.1 Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по двум условиям:

1) При отстройке от тока КЗ у ближайшей потребительской подстанции.

₍₃₎

I`с.з.расч = К_н ∙I_к2 = 1,5∙2160 = 3241 A, (12.21)

где К_н = 1.5 для реле РТМ.

2) При отстройке от броска тока намагничивания трансформаторов 10/0.4 кВ, подключенных к линии, при их включении под напряжение. (сумма мощностей трансформаторов 946 кВА)

ΣS_{т ном} 946

I``с.з.расч = 5 —————— = 5∙————— = 260,4 A (12.22)

1.73 ∙ Uном 1.73 ∙ 10,5

Ic.з. = 3241 А - принимаем за расчетное.

12.5.2.2 Определяем ток срабатывания реле отсечки.

Ксх 1

Iср = ———Iс.з. расч = ——— ∙ 3241 = 108.3 A (12.23)

Кi 30

12.5.2.3 Определяем уставку тока на реле.

Iу > Icp (12.24)

125 A > 108.3 A

Принимаем Iу = 125 A.

12.5.2.4 Определяем действительный ток срабатывания защиты.

Ксх 30

Ic.о.д = ———Iу о = ——— ∙ 125 = 3750 A (12.25)

Кi 1

12.5.2.5 Чувствительность защиты

I⁽³⁾к₁ 7707

Кч.расч= ———— = ——— = 2.1 > Кч.доп=1.2 (12.26)

Ic.о.д 3750