Текст
                    А. В. БЕЛЯЕВ


ВЫБОР АППАРАТУРЫ,
'"
ЗАЩИТ И КАБЕЛЕИ
В СЕТЯХ 0,4 кВ





Федеральное areHTCТBo по энерrетике Федеральное ["осударственное образовательное учреждение дополнительноrо профессиональноrо образования ПЕТЕРБурrский ЭНЕРrЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ (ФrоУ ДПО сПЭИПК») Кафедра релейной защиты и автоматики электрических станций, сетей и энерrосистем I I А.В. БЕЛЯЕВ ВЫБОР АППАРАТУРЫ, ЗАЩИТ И КАБЕЛЕЙ В СЕТЯХ 0,4 кВ Учебное пособие Санкт Петербурr 2008
2 з УДК 621.316.9 ББК 31.232.3 Б44 ВВЕДЕНИЕ УДК 621.316.9 ББК 31.232.3 Электрические сети 0,4 кв являются наиболее распространенными, они применяются на всех промышленных и сельскохозяйственных пред прнятнях, электростанциях и подстанциях. От этих сетей во MHoroM зави сит надежная работа предприятий. 3а последние [оды .':хническая оснащенность сетей 0,4 кв сущест венно изменилась. Получили распространение понижающие трансформа торы 6(10)/0,4 кВ большой мощности (1000, 1600,2500 кВ'А), что привело к значительному увеличению значений токов KopoTKoro замыкания (К3). Созданы новые типы защитных аппаратов, спосоБНJ>IX отключать эти токи, а также оrpаничивать их максимальное значение, уменьшать их термиче ское и электродинамическое действие на защищаемые сети и аппаратуру. Для получення реrулируемых защитных характеристик стали применяться выключатели с полупроводниковыми и цифровыми (микропроцессорны ми) расцепителями. Наряду с этим совершенствуются расчетные методы выбора аппаратуры и защит. С применением понижающих трансформаторов большой мощности стало очевидным существенное влняние токооrpаничивающеrо действия электрической дуrи в месте повреждения на значения токов К3. Это потре бовало про ведения соответствующих исследований и совершенствования расчетных методов определения токов К3. Сопротивление электрической дyrи в месте повреждения, особенно вблизи мощных питающих источников, оказалось настолько значитель ным, что способно поддерживать напряжение в месте К3 близким к поло вине номинальноrо. Поэтому применяемые ранее методы блокировки MaK симальных токовых защит трансформаторов 10(6)/0,4 кВ по напряжению для обеспечения несрабатыванюi защиты при пуске и самозапуске элек ТРОДБиrателей оказались неприrодными. Появились новые разработки в этой области. В сетях 0,4 кВ всеrда остро стояла проблема дальнеrо резервирования отказов защит и выключателей. Осуществить это резервирование теми же традиционными методами, как в сетях BbIcoKoro напряжения, не удавалось из за очень существенноro снижения значений токов К3 по мере удаления точки К3 от источников питания. Разрешить эту проблему оказалось воз можным только В последние roды, коrда для защиты электрических сетей стала применяться цифровая техника. Для повышения надежности электроснабжения на мноrих предпри ятиях строят собственные электростанции небольшой мощности напряже ннем 6(10) кВ. UJирокое распространение получает аварийное электро снабжение от собственных маломощных дизель rенераторов напряжением 111 :11 1 Одобрены и рекомендованы к опубликованию Ученым советом института Протокол N2 4 от 20 декабря 2006 [. Научный редактор М.л. Шабад, профессор кафедры рзл. БЕЛЯЕВ А. В. Б 44 Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. СПб.: пэипк, 2008 [. 230 с. В кииrе рассмотрены расчеты токов коротких замыканий, выбор аппаратуры, защит и кабелей в электрических сетях 0,4 кВ электростанций и подстанций энерrосистем, промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Приведены справочные материалы, необходимые для расче тов. Рассмотрены вопросы аварийноrо электроснабжения, дальнеrо резер вирования отказов защит и выключателей и применения цифровой техники в сетях этоrо напряжения. Предназначена для работников проектных орrанизаций и для пер сuнала обслуживающеrо элекТрические сети. ISBN 978 5 88718-009 9 @ПЭIПIК, 2008
4 5 0,4 кВ. При этом сети 0,4 кВ работают в особо сложных условиях, коrда при питании от энерrосистемы токи К3 MorYT быть весьма значительны, а при питании от собственных элеI<тростанций или аварийных источников уменьшаются в несколько раз. Однако требования к защите сети (быстро действие, надежность, селективность, чувствительность) не снижаются. В этих условиях особенно остро встает вопрос комплексноrо подхода к BЫ бору аппаратуры, защит и кабелей. Наряду с этим применяются специаль ные решения по обеспечению самозапуска электродвиrателей, поскольку мощность аварийноrо источника питания меньше OCHoBHoro. Это вносит свои особенности в расчеты токов К3 и защит при пита нии от маломощных reHepaTopoB в ряде случаев возникает необходимость учитывать затухание токов К3 в сетях напряжением 0,4 кВ. Получают распространение цифровые защиты трансформаторов 6( 1 0)/0,4 кВ, для которых также необходимо учитывать специфику расче тов и выполнения лоrики защиты. В этой книrе, которая является значительно дополненным изданием моей работы, выпущенной в 1988 [. под таким же названием, сделана по пытка осветить накоплеНН IЙ опыт решения указанных выше проблем. rлавы 14 и 15 книrи написаны совместно с кандидатом технических наук М.А Эдлиным. Цель данной книrи оказать читателю практическую помощь при BЫ боре аппаратуры, защит, кабелей, а также построении схем сетей 0,4 кВ, поскольку все эти вопросы для сетей данноrо напряжения неразрывно свя заны и при рациональном проектировании должны решаться совместно. В книrе показано, как рассчитать токи К3, учесть токооrpаничиваю щее действие электрической дyrи в месте повреждения, какие значения TO ков принять для выбора аппаратуры и какие для проверки чувствитель ности защит, как оценить возможность самозапуска электродвиrателей и рассчитать возникающие в этом режиме токи. Дана информация об aBTO матических выключателях и предохранителях и их защитных характери стиках. Рассмотрены вопросы выбора кабелей, аппаратуры, рабочих ycтa вок защит электродвиrателей, сборок, питающих трансформаторов и aBa рийных [енераторов. Указано на недостатки защитных характеристик He которых типов существующих автоматических выключателей. Описаны BbIHoclibIe релейные защиты и области их применения. Изложены принци пы выполнения аварийноrо электроснабжения и обеспечения rpупповоrо и поочередноrо самозапуска электродвиrателей. Рассмотрены особенности защит аварийных [енераторов 0,4 кВ и трансформаторов 6(10)/0,4 кВ, BЫ полнение блокировки максимальных токовых защит трансформаторов и [енераторов при пуске и самозапуске электродвиrателей, а также дальнеrо резервирования отказов защит и выключателей на основе применения цифровых реле. Даны примеры решения задач. В приложении приведены справочные материалы для расчетов токов КЗ. Сеть напряжением 0,4 кВ может хорошо функционировать только TO rда, коrда заранее предусмотрены и рассчитаны все возможные режимы ее работы, правильно выбраны первичные схемы, кабели, защиты, противо аварийная автоматика, схемы управления каждоrо присоединения. Только в условиях TaKoro комплексноrо подхода ее правильное функционирова ние подобно хорошо настроенному роялю (по выражению М.А Шабада). В этом самое rлавное отличие этих сетей от сетей более высоких напряже ний, самая большая трудность и большое поле деятельности для будущих поколений релейщиков. К сожалению, на практике это очень редко Bcтpe чается. Поэтому задача всех релейщиков совершенствовать эти сети, дo биваясь приближения к идеалу. Автор надеется, что данная книrа поможет ero приближению. Автор считает своим приятным долrом выразить искреннюю призна тельность за ценные советы и помощь в работе над книrой профессору М.А. Шабаду. 3амечания и отзывы просьба направлять по адресу: 196135, [. CaHKT Петербурr, Авиационная ул., 23, Петербурrский энерrетический институт. повышения квалификации, кафедра Р3А 1: '1
6 1. СХЕМЫ СЕТЕЙ 0,4 кВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ щиту нецелесообразно подключать большое количество электроприемни ков малой и средней мощности, так как они снижают ero надежность. Для питания таких электроприемников (например, электродвиrателей Д2 Д7, Д9 ДJO) образуют вторичные сборки, питаюшиеся непосредственно от rлавноrо шита, и третичные сборки, питающиеся от вторичных сборок. Третичные сборки обладают наименьшей надежностью, их селективную защиту выполнить трудно, и поэтому их применяют лишь в отдельных случаях, для питания мелких инеответственных электроприемников. Токи К3 на сборках значительно меньше, чем на rлавном щите 0,4 кВ, что по зволяет применять более дешевую и менее стойкую аппаратуру с неболь шими значениями номинальных токов. При образовании сборок учитыва ется территориальное расположение электроприемников, удобство обслу живания, возможность экономии кабелей, поскольку сечение питающеrо сборку кабеля принимают меньше суммы сечений кабелей индивидуаль ных электроприемников ввиду их неодновременноrо включения. Распределение электродвиrателей по сборкам зависит от их мощности и возможности выполнения защиты сети. Технико экономические расчеты показывают, что к rлавному щиту целесообразно, как правило, подключать электродвиrатели большой мощности (более 55 кВт). Электродвиrатели малой (до 10 кВт) и средней (10 55 кВт) мощности целесообразно под ключать к вторичным сборкам. Однако в зависимости от конкретных oco бенностей данной электроустановки одиночные электродвиrатели боль шой мощности (но не более 100 кВт) иноrда MOryT подключаться к BTO ричным сборкам, а средней к основному щиту 0,4 кВ. В ответственных электроустановках с целью обеспечения надежности всю схему делят на две независимые части (подсистемы). Каждая из под систем состоит из cBoero понижающеrо трансформатора Т[ (Т2), питающе rося от независимоrо источника, соответствующей секции rлавноrо щита 0,4 кВ и питающихся от нее вторичных сборок. Подсистемы взаимно pe зервируются на разных ступенях напряжения с помошью устройств aBTO матическоrо включения резерва (АВР). Электродвиrатели и при водимые ими ответственные механизмы одноrо назначения обычно дублируют и снабжают технолоrическим АВР (Д[ иДЯ, Д3 и Д6, Д4 и Д5). Такие элек тродвиrатели также разделяют на две независимые rpуппы, которые ПОk ключают к разным подсистемам (к разным секциям rлавноrо щита 0,4 кВ, к сборкам J и 2, имеющим вводы от разных секций, к разным секциям сборки 3). Ответственные электродвиrатели, не имеющие технолоrическо [о резервирования, подключают либо к секциям rлавноrо щита 0,4 кВ, ли бо к сборке 4, имеющей АВР со стороны питания. При таком построении схемы надежность работы обеспечивается тем, что в случае поrашения одной из подсистем и отказа или неуспешной pa боты АВР между подсистемами (К3 на шинах) напряжение в друrой под системе сохраняется и нарушения технолоrическоrо проuесса не произой Построение первичных схем сетей 0,4 кВ определяется технолоrией производства, требованиями надежности электроснабжения электропри емников в соответствии с ПУЭ [1, 2], удобством обслуживания, технико экономическими показателями, а также требованиями защиты и автомати ки. Схемы MorYT выполняться радиальными, маrистральными и смешан ными. Т1 r 1 : 9 дr : I I I I I I l f i ( а4 ( а2 0,4 кВ ! I АВР дrl Т2 IABP азl аз . 1J 0'1 6 6 ш .6 6 2 W l ABP Сбо р ка 4 1 6Д96Д10 ОД8 ABPI Рис. 1 1. Радиальная схема: т питаюшие трансформаторы; ДТ аварийный дизель rенератор; Q BBOk ные и секuионный автоматические выключатели; Д электродвиrатели Радиальные схемы (рис. 1 1). От rлавноrо распределительноrо щита или комплектной трансформаторной подстанции (КТП) отходят линии пи тания электродвиrателей Д J и Д8 и друrих электроприемников большой мощности, а также сборок [ (распределительных пунктов). К rлавному i' I , I
9 дет, так как сработает АВР электродвиrателей и друrих ответственных электроприемников (в современных схемах АВР секций запрещается при К3 на одной из них). Для особо ответственных электроприемников (от которых зависит безаварийный останов производства с целью предотвращения уrpозы жиз ни людей, взрывов, пожаров, повреждений дороrостоящеrо оборудования) предусматривают третий, аварийный источник питания, например аварий ный дизель rенератор дr. Один из вариантов ero подключения развил кой на обе секции 0,4 кВ, в этом случае он резервирует каждую из подсис тем независимо от состояния друrой подсистемы. Однако расчеты надеж ности электроснабжения показали нецелесообразность этоrо ваРИaIпа, по скольку вероятность потери питания от основных источников на порядок больше вероятности повреждения секции. Кроме Toro, осуществление это [о варианта связано с неоправданным усложнением первичной и вторич ной коммутации. Поэтому в настоящее время аварийный дизель rенератор подключают на одну из секций, а при ero недостаточной мощности по одному на каждую секцию. Чтобы не переrpузить [енератор, все электро приемник и, кроме особо ответственных, отключаются при потере OCHOB ных источников питания защитой минимальноrо напряжения (с выдерж кой времени), а затем устройство АВР дr отключает выключатели Ql и Q2 и включает питание от [енератора и секционный выключатель Q3 [3]. Подробнее об аварийном электроснабжении см. rлаву 13. Мazuстральные схемы (рис. 1 2). Распределение энерrии от тpaHC форматоров тl и Т2 дО сборок /,2 и электродвиrателейД/,Д2 выполняет ся с помощью шинопроводов маrистральных (ШМ) и распределительных (ШР), к которым подсоединяют электроприемники. 4, 5, 6, подключенные по маrистральной схеме и имеюшие АВР на вводах, предназначены для питания электродвиrателей малой мощности (в OCHOB ном задвижек). На вводах в сборки 4 и 6 установлены реакторы для сниже ния токов К3 и обеспечения стойкости автоматических выключателей АП 50 отходящих линий. Для резервноrо питания используется специальный резервный трансформатор ТСНр, от KOToporo проложен шинопровод, имеющий ввод на каждый из rлавных щитов 0,4 кВ. пн : : 2шм $ CeXЦU If!' f И!J f&щuя2 f. Сеиц Ш/f' [ ' 'l l' i 4 J OДJ @. ....CWJ-- Од.2 Д8 д9 Д1 jl д1 Д2 0.* ,,8 ШМf " ' kt Рис. 1 3. Смешанная схема: ТСН рабочий трансформатор; ТСНр резервный трансформатор Построение схемы сети 0,4 кВ в большой степени определяется зна чениями токов коротких замыканий (К3) дЛЯ выбора аппаратуры и защит, а также оrpаничеНIIЫМИ возможностями при меняемых защитных аппаратов (автоматических выключателей и плавких. предохранителей). Для этих сетей характерно весьма значительное (в десятки раз боль шее, чем в сетях напряжением выше 1000 В) влияние сопротивлений эле меlПОВ питающей схемы на значения токов К3, быстрое снижение значе ний токов К3 по мере удаления места повреждения от шин rлавноrо щита 0,4 кВ. Например, если при расчетах токов К3 в сетях 6(10) кВ сопротив ление кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3х150 мм 2 длиной 200 м можно не учитывать, то в сети 0,4 кВ такой же кабель. подключенный к шинам rлавноrо щита за трансформатором мощностью 1600 кВ, А, снижает значение тока трехфазноrо металлическоrо К3 в 8,7 раза по сравнению с аналоrичным значением тока К3 дО кабеля. ctl!fi'<1l , СБDрка 2 Рис. 1 2. Маrистральная схема Смешанные схемы. Представляют собой комбинации из радиальных и маrистральных схем. На рис. 1 3 по казана одна из таких схем, применяе мая для питания собственных нужд тепловых электростанций. К rлавным секциям щитов 0,4 кВ подключены электродвиrатели большой мощности Д/,Д2,Д3, к сборкам /.2, 3 двиrатели средней мощностиД4 Д9. Сборки
10 В сетях 0,4 кВ, в отличие от сетей напряжением выше 1000 В, приме няют в основном только встроенные в автоматические выключатели Becь ма неточные максимальные токовые защиты или предохранители. Поэтому требования защиты сети наклаД!'IВают определенные оrpаничения на типы и характеристики применяемых защитных аппаратов, длины и сечения Ka белей и, следовательно, на построение схемы сети. Например, при питании от rлавноrо щита 0,4 кВ кабельными линиями (маrистралями) последовательно нескольких сборок с двиrателями боль шой и средней мощности обычно не удается обеспечить необходимую чувствительность защиты этих линий из за необходимости ее отстройки от токов пуска или самозапуска электродвиrателей. Поэтому такая маrист ральная схема питания применяется только для электродвиrателей малой мощности (сборки 4, 5, 6 на рис. 1 3). Для питания электродвиrателей средней мощности используются сборки, имеюшие один или два caMO стоятельных ввода от шита 0,4 кВ (сборки 1,2,3,4 на рис. I l). Однако и для одиночных сильно наrpуженных сборок с большим количеством элек тродвиrателей средней мощности также часто не удается обеспечить дoc таточную чувствительность защит питающих линий. В этих случаях BMe сто одной такой сборки устанавливают несколько с самостоятельными ли ниями питания, или питание част!! двиrателей осуществляют непосредст венно от шита rлавноrо 0,4 кВ. Выбор кабелей также может определяться не только наrpузкой, но и условиями защиты, например в сетях, требующих защиты от переrpузки, или при необходимости обеспечения достаточной чувствительности защи ты, коrда считается целесообразным увеличить токи К3 путем увеличения выбранноrо по наrpузке сечения кабеля (но не более чем на одну две ступени). Условие селективности действия защит обусловливает необходимость сокращения количества последовательно включенных аппаратов защиты в сети 0,4 кВ. Обычно селективными удается выполнить лишь одну две ступени защИТЫ на участках от rлавноrо щита 0,4 кВ до электроприемни ков, включая защитный аппарат отходящей от этоrо щита линии. Из изложенноrо следует, что для сетей 0,4 кВ характерно единство процесса построения схемы сети, выбора кабелей, коммутационных аппа ратов и защит. 11 2. РАСЧЕТЫ ТОКОВ KOPOTKOrO ЗАМЫКАНИЯ В СЕТЯХ 0,4 кВ 2.1. Це:IЬ и особенности расчетов Расчет выполняется с целью выбора коммутационной аппаратуры, шинопроводов, кабелей и дpyroro электрооборудования, а также про верки чувствительности защитиых устройств. Особенности расчета токов К3 в сетях 0,4 кВ: необходимо учитывать активные и индуктивные сопротивления всех элементов цепи К3; при пи тании от энерrосистемы не учитывается затухание периодической COCTaB ляющей тока К3 из за большой электрической удаленности [енераторов; при питании от маломощных местных электростанций или автономных [e нераторов напряжением выше 1000 В затухание периодической cocтaB ляющей тока К3 не учитывается, если мощность [енератора превышает мощность понижающеrо трансформатора в пять и более раз; при питании от автономных или аварийных reHepaTopoB напряжением 0,4 кВ затухание учитывается независимо от мощности [енератора. В зависимости от цели расчета учитывают разные расчетные режимы работы электрической схемы. При выборе аппаратуры расчетным считает ся максимальный режим, при котором токи К3 имеют максимальные зна чения. Этот же режим учитывают при расчетах токов пуска и самозапуска электродвиrателей с целью обеспечения несрабатывания защит в сети. При про верке чувствительности защит расчстным является минимальный pe жим, при котором токи К3 имеют минимальные значения. Этот же режим используют для проверки возможности пуска и самозапуска электродвиrа телей. Подавляющее большинство К3 в сетях 0,4 кВ происходит через элек трическую дуrу в месте повреждения, сопротивление которой существенно снижает значения токов К3. По данным исследований в 85% случаев К3 возникают вследствие дуrовоrо перекрытия по изоляции [4, 5]. В 13% случаев К3 возникают вследствие металлическоrо контакта, однако элек тродинамические силы, пропорциональные квадрату тока К3, отбрасывают незакрепленные металлические перемычки, разрывают закоротки неболь шоrо сечения и К3 переходит в дуrовое. При больших токах электродина мические силы достиrают нескольких тонн и так быстро разрывают метал лический контакт в месте К3, что ток К3 не достиrает максимальноrо зна чения, а сразу же оrpаничивается сопротивлением электрической дуrи (как в токооrpаничивающих выключателях). Лишь в 2% случаев К3 остается металлическим, при условии надежно закрепленной металлической зако ротки большоrо сечения. Опыт эксплуатации, данные экспериментов и практика расчетов YKa зывают на весьма существенное токооrpаничивающее действие электриче ской дуrи в месте К3, особенно при близких К3 в сетях, питающихся от трансформаторов большой мощности. Последнее объясняется тем, что
12 введение сопротивления дуrи в цепь К3 тем больше оrpаничивает ток, чем меньше относительные значения сопротивлений питающих элементов цe пи (то есть, чем больше мощносп источника питания). Необходимость учитывать токооrpаничивающее действие электриче ской дуrи при расчетах токов К3 дЛЯ выбора аппаратуры была особенно острой, коrда не было коммутационных аппаратов, способных отключать большие "lVКИ металлическоrо К3. В настоящее время такие аппараты соз даны, и необходимость учета токооrpаничивающеrо действия электриче ской душ при выборе аппаратуры возникает в редких случаях. В то же время при расчетах защит и проверке их чувствительности учет токооrpаничиваюшеrо действия электрической дyrи остается aKТY альным. Например, сопротивление электрической дуrи может снизить ток К3 за трансформаторами мощностью 1000 кВ.А и более в несколько раз, что, как показал опыт эксплуатации, приводило к отказу защит трансфор маторов. Эксперименты показывают, что в зависимости от условий возникно вения К3 в сети 0,4 кВ зн чение тока может находиться в некоторой зоне [ 9, 10, 11]. Верхней rpаницей зоны является ток металлическOl'О К3, нижней ток К3 с учетом наибольшеrо возможноrо токооrpаничивающеrо действия электрической дуrи. Наиболее вероятные значения токов К3 KOH центрируются в средней части этой зоны (рис. 2 1). кА /3) >: 50 40 30 Sп,Т 500 1000 1500 2000 кВ.А Рис. 2 1. Зона возможных токов при трехфазном КЗ на стороне 0,4 кВ трансформатора в зависимости от ero мошности SH.T: 1 rpаница максимальных токов при металличе ском КЗ 1 3 aKe; 2 rpаница минимальных значений токов КЗ через переходные сопро тивления I ; 3 значения наиболее вероятных токов КЗ Исходя из этоrо, для выбора аппаратуры и защит необходимо опреде лить следующие значения токов и напряжений: 13 [ 3!.aKe максимальный ток трехфазноrо металлическоrо К3 при MaK симальном режиме работы питаюшей энерrосистемы, используется для выбора аппаратуры и защит, про верки селективности их действия; [ I aKe максимальный ток однофазноrо металлическоrо К3 при MaK симальном режиме работы питающей энерrосистемы, используется для проверки селсктивности действия защит; [22 р наиболее вероятный (средний) ток трехфазноrо К3, вычислен ный с учетом токооrpаничивающеrо действия дуrи в месте повреждения, используется для выбора аппаратуры в сети, в том числе отходяших от КТП линий, в случае, если невозможно выбрать аппаратуру, стойкую при металлическом К3 (кроме вводных и секционноrо выключателей КТП, KO торые всеrда следует выбирать по металлическим К3), а также для провер ки селективности защит при этом токе, если при металлическом К3 она не обеспечивается; [ ' [ , [ минимальные токи трехфазноrо, двухфазноrо и OДHO фазноrо К3, вычисленные с учетом наибольшеrо токооrpаничиваюшеrо действия электрической дуrи в месте повреждения, используются для про верки чувствительности защит при JlyroBbIx К3 и селективности их дейст вия; UК,ОL"Т остаточное напряжение при К3 через электрическую дуry, ис пользуется для проверки чувствительности максимальных токовых защит с пуском по напряжению. В ряде случаев, особенно при проверке чувствительности защит трансформаторов 6(10)/0,4 кВ (см. rлаву 2.2), необходимо определить чув ствительность защит не только при дуrовых, но и при металлических К3. Поэтому вычисляют также значения минимаЛЫlOrо тока двухфазноrо Me таллическоrо К3 при минимальном режиме работы энерrосистемы [ 'III и минимальный ток однофазноrо металлическоrо К3 [ I!IIIH' Определяются также значения ударноrо тока К3 и ero тепловой им пульс, их используют для выбора аппаратуры (автоматических выключа телей, рубильников), шинопроводов и друrоrо электрооборудования. Для быстрой оценки возможности разворота электродвиrателя вычис ляют значения токов трехфазноrо металлическоrо К3 на ero зажимах при минимальном режиме работы питающей системы [ 3, ин, О возможности разворота судят по отношению этоrо тока к пусковому току электродвиrа теля (см. rлаву 4). , I , , I 2.2. Учет токооrраничивающеrо действия электрической дуrи Расчетный метод учета токооrpаничивающеrо действия электриче ской дуrи в сетях 0,4 кВ должен позволять определить перечисленные в I Ч l1 \111, '
14 15 rлаве 2.1 значения токов и напряжений при питании от трансформаторов и аварийных [енераторов; обеспечивать приемлемую точность расчетов; быть простым и удобным для широкоrо использования, поскольку сети 0,4 кВ применяются повсеместно. Практический метод учета токооzраничивающеzо действия элек трической дуzи при выборе аппаратуры и защит предложен в работах [6 9]. Значения токов металлическоrо КЗ 1(3) , [(2) В любой точке сети к.макс к.мин MorYT быть найдены по выражениям, вывод которых общеизвестен [I2 14]. Ток трехфазноrо металлическоrо КЗ (в килоамперах) определяется по выражению: телей, вставных контактов, болтовых соединений, рекомендуется прини мать равным 15 мОм. а) к Ё к К, U U [(3) ер.Н "' К .J3 xi+ri .J3z ' (2 1) [де и ср . н среднее номинальное линейное напряжение сети НН, В (для ce ти 0,4 кВ равно 400 В); r и X результирующее активное и индуктивное сопротивления (прямой последовательности) цепи КЗ, мОм; Z результи рующее полное сопротивление цепи КЗ, мОм. П р и оп р е д елении 1(3) в значения X и r входят сопротивления пи К.макс тающей энерrосистемы в маlj:симальнdм режиме, а при определении 1 32HH в минимальном. Минимальный ток металлическоrо двухфазноrо КЗ: [ 22ин '" 0,867[ 3 ин (2 2) Токооrpаничивающее действие электрической дуrи при трехфазных КЗ может быть учтено введением в каждую фазу переходноrо сопротивле ния RIl' Такая же интерпретация принята в работе [15]. Схемы замещения при трехфазном КЗ, а также при друrих видах КЗ дЛЯ токов прямой, обрат ной и нулевой последовательностей с учетом переходных сопротивлений приведены на рис. 2 2. Минимальный ток трехфазноrо КЗ с учетом наибольшеrо токооrpани 1 т О Р чивающеrо деиствия дуrи в месте повреждения КR определяется п вы a жению: , : СИО К1 L J в) ZC2 ZТ2 ZЛ2 Ril, К 2 ....r; I . ! Q) U K2 L r) КО U KO Рис. 2 2. Схемы замешения при трехфазном К3 (а), а также при друrих видах КЗ для токов прямой (6), обратной (в) и нулевой (2) последовательностей с учетом переходных сопротивлений Значение R п 15 мОм соответствует минимальному возможному току КЗ, полу ченному по опытным данным на одной из установок 0,5 кВ [12, 16, 17]. Максимальное расчетное значение тока КЗ, равное 58 кА, удавалось получить только при наличии толстой медной перемычки, надежно привинченной к шинам. При КЗ, полученном с По:wошью привинченной медной закоротки сечением 25 мм 2 , значение тока оказ1L"IОСЬ равны:.! соответственно 6(}",87% максимальноrо. при свободно лежашем медном брусе 56%, при стальном свободно лежашем брусе 68%, а при перекрытиях по изоляции 32 56 %. Таким образом, минимальное значение тока К3 было равно О,32х58 18,6 кА. Из первоrо опыта металличесКоrо КЗ со 'lНачением тока 58 кА леrко найти сопротивле ние цепи, которое приближенно можно считать индуктивным: х 500/( .J3 '58) 5 MO:w. Из опыта К3 через наибольшее переходное сопротивление можно найти значение этоrо сопротивления RIl' Поскольку минимальное значение тока К3 равно 1 U/(.J3 . x2 + R/ ) 500/(.J3 ' 52 + R п 2 ) 18,6 кА, то RIl 15 мОм. Это значе ние R п рекомендуется вводить в расчетную цепь также ИНСтрукцией CH 357 77 [18]. U [(3) ер.Н КR .J3 xi+(r +RII)2' (2 3) [де X и r индуктивное и активное результирующие сопротивления (прямой последовательности) цепи КЗ без учета сопротивлений рубильни ков, выключателей, вставных коитактов, болтовых соединений, мОм; RIl переходные сопротивления, совокупно учитывающие сопротивление элек трической дуrи в месте КЗ, а также сопротивление рубильников, выключа I 1 r . :'<L-. . .
16 17 I Значение переходных сопротивлений R п 15 мОм можно принимать одинаковым для любой точки сети, независимо от ее удаленности. Допус тимость этоrо основана на том, что определяющим в величине R п является сопротивление дуrи, а по мере удаления точки КЗ от трансформатора cy щественно увеличиваются сопротивления остальных элементов цепи КЗ, поэтому влияние переходных сопротивлений на ток КЗ быстро уменьшает ся и их точный учет уже не имеет практическоrо значения. В соответствии со схемой замещения рис. 2 2 ток двухфазноrо КЗ с учетом токооrpаничивающеrо действия дуrи находится по выражению: 1 0,867[ ) . (2 4) Отметим, что значения минимальных токов КЗ с учетом наибольшеrо токооrpаничивающеrо действия дуrи в месте повреждения [ и [f1l обыч но почти не зависят от режима работы питающей системы. Наиболее вероятное (среднее) значение тока трехфазноrо КЗ с учетом токооrpаничивающеrо действия дуrи в месте повреждения для любоrо расчетноrо случая (любой мощности питающей системы, трансформатора, удаленности точки КЗ) определяется по выражению: 1(3) 1(3) 1(3) k к.маке + KR (2 5) "ер н 2 Таблица 2.1 Значення токов прн трехфазно , КЗ на стороне 0,4 кВ трансформаторов в завнси:иостн от нх :ИОШIIОСТН Обозначение Численное значение при мощности трансформатора, кВ.А величины 160 250 400 630 1000 1600 2500 1 3 aKe' кА 4.74 7,37 11,8 15 24 38,2 54,7 1 ,KA 4,15 6,0 8,2 9.8 12 13,5 14.3 (3) А 4.45 6.69 10 12.4 18 25.9 38 /к.ер' К /2211 ' кА 4,27 6,63 9.44 12 16,8 26,7 38.3 Ы,% +4,2 +0,9 +5,9 +3,3 +7,1 3,0 0,8 Из этой таблицы видно, что значения наиболее вероятных токов по обоим Meтo дам практически одинаковы, небольшая положительная поrpешность идет в запас pac четов. Рассмотрим зависимость расчетных и экспериментальных значений токов КЗ от удаленности точки КЗ в сети 0.4 кВ. В табл. 2.2 приведены соответствуюшие значения токов при КЗ за кабелями с алюминиевыми жилами в зависимости от их длины при пи тании от трансформатора мошностью 1000 кВ.А (XJXT О, lх т ). l' , I 1 rде k H коэффициент надежности, принимаемый равным 1,05 1,1 при TO ках металлическоrо КЗ более 40 кА и 1,0 в остальных случаях. Выражение (2 5) косвенно учитывает меняющееся в зависимости от тока сопротивление электрической дvrи , что соответствует физическим процессам, происходяшим при КЗ через дуrу. Например, значениям наи более вероятноrо тока [ 3 за трансформаторами мощностью 1000 и 1600 кВ.А (Хс 0,1 Х т ), равным 18 и 25,9 кА, соответствуют R п 6,8 мОм и RIl 5,55 мОм. Значения токов, получаемые по выражению (2 5), практически совпа дают с результатами экспериментальных исследований наиболее вероят HblX токов КЗ в электроустановках 0,4 кВ. Таблица 2.2 Значення токов прн трехфазном КЗ за кабелями с алюминиевымн жиламн в зависнмостн от их n."lHHbI "рн пнтанин от трансформатора мошностью 1000 кВ, А I l' Например, рассмотрим зависимость расчетных и экспериментальных значений токов КЗ ОТ мошности (сопротивления) трансформаторов. Принимаем, что трансфор матор питается от мошной энерrосистемы с сопротивлением, равным О, 1 сопротивле ния трансформатора Хе 0,1 Х т . Для этоrо случая по выражениям (2 1) и (2 3) рассчита на зона возможных токов КЗ от / 3 aKe до / , расчетные значения наиболее вероят ных токов КЗ l 32p по выражению (2 5) и ОПЫТнЫе значения / 321l по эксперименталь ному методу [4, 5], а также расхождение между этими методами /,;1 % (табл. 2.1). Обозначение Численное значение при длине кабеля, м величины О 50 100 150 200 250 300 Кабель 3 х 150 с алюминиевыми жилами 1 3 aKe ' кА 24 12,2 7,4 5,2 4,1 3,3 2.8 / ' кА 12 7,1 5 4 3,3 2,8 2,4 (3) 18 9,65 6,2 4,6 3,7 3,05 2,6 l к . ер ' кА / 3211 ' кА 16,8 9,76 6,66 4,68 3,69 2,97 2,52 /';1,% +7,1 1, 1 -б,9 1,7 +0,3 +2,69 +3,2 Кабель 3 х 50 с алюминиевыми жилами / 3 aKe , кА 24 5,4 2,9 2 1.5 1,2 1 / ' кА 12 4 2,4 1,7 1,35 1,1 0,92 (3) 18 4,7 2,65 1,85 1,425 1,15 0,96 /"ер' кА / 3211 ' кА 16,8 4,86 2,61 1,8 1,35 1,08 0,9 Ы,% +7,1 3,3 +1,5 +2,77 +5,5 +6,48 +6,6 111; I 1 !! I '11
18 Из табл. 2.2 видно, что значения наиболее вероятных токов КЗ по обеим методи кам практически одинаковы, небольшая rlOлuжительная поrpешность идет в запас pac четов. Рассмотрим зависимость расчетных и экспериментальных значений токов КЗ за трансформаторами от мошности (сопротивления) питаюшей энерrосистемы. Для этоrо сопротивление системы Хе до ВВОДОВ 6 или 10 кВ rlOнижаюшеr-о трансформатuра пред ставим в виде хС IX T . Результаты расчетов соответствуюших значений токов КЗ в зави Симости от xe1xT представлены в табл. 2.3. Таблица 2.3 Значения токов при трехфазном КЗ за трансформаторами разной мощности в зависимости от сопротивлеиия питающей энерr-осистемы Обозначение Численное значение при xe1xT величины 0,1 0,4 0,8 1,2 1,6 I 2,0 Трансформатор 1600 кВ.А / 32aKe ' кА 38,2 30,5 23,7 19,5 16,2 14,2 / , кА 13,5 13 12,2 11,6 II 10,2 (3) 25,85 21,75 17,95 /к.ер' кА 15,6 13,6 12,2 / 32п ' кА 26,74 21,35 16.6 15,6 12,96 11,36 Ы,% 3,3 +1,8 +8,1 О +4,9 +7,4 Трансформатор 630 кВ.А 1 32aKe ' кА 15 П,9 9,3 7,8 6,5 5,7 / ,KA 9,8 8,8 7,5 6,5 5,7 5,2 (3) 12,4 10,35 8,4 7,15 /к,ер' кА 6,1 5,45 / 32п ' кА 12 10,7 8,37 7,02 5,85 5,13 Ы,% +3,3 3,3 +0,4 +1,9 +4,3 +6,2 Из табл. 2.3 видно, что значения наиболее вероятных токов КЗ по обеим методи кам также практически одинаковы, небольшая положительная пurpешность идет в за пас расчетов. Таким образом, рассмотренный метод учета токооrpаничивающеrо действия электрической дуrи приrоден для любых расчетных случаев, лю бой мощности трансформатора и питающей сети, при этом значения токов получаются практически такими же, как в экспериментах [4, 5,16,10]. Как указывал ось выше, реальные возможные значения токов трехфаз ных К3 находятся в зоне. верхней rpаницей которой является ток металли ческоrо К3 [2 aKe' определяемый по формуле (2 1), нижней [g{, вычис 19 J I ленный с учетом наибольшеrо токооrpаничивающеrо действия дуrи по формуле (2 3). Влияние токооrpаничивающеrо действия дуrи на зону возможных TO КОВ К3 зависит от мощности трансформатора, мощности lIитаюшей энер rосистемы и удаленности точки К3 от шин 0,4 кВ. Влияние мощности трансформатора на величину зоны возможных TO ков К3 за трансформатором (на шинах 0,4 кВ) для случая, коrда трансфор матор lIитается от мощной энерrосистемы (Xe O,1 Х т ), показано на рис. 2 1. Из этоrо рисунка видно, что влияние токооrpаничивающеrо действия дуrи очень велико, особенно для мощных трансформаторов. Чем меньше мощ ность трансформатора (т.е. чем больше результируюшее сопротивление до точки К3), тем меньше зона возможных токов К3. По мере удаления точки К3 от шин 0,4 кВ зона возможных токов TaK же сужается (рис. 2 3). иЛ 1($J 1( 20 16 2 l О 50 100 150 200 250 300 м Рис. 2 3. Зоны возможных токов при трехфазном КЗ за кабелями с алюминиевыми жилами сечением 3х 150 мм 2 (зона 1) и 3х50 мм 2 (зона 2) в зависимости от их длины 1 при питании от трансформатора мошностью 1000 кВ.А (Хе О,lх т ) Аналоrично влияет на зону возможных токов К3 и сопротивление пи тающей энерrосистемы. Зона возможных токов К3 за трансформаторами в зависимости от xclXT видна из рис. Пl l, а, б, в, из которых видно, что чем больше результирующее сопротивление до точки К3, тем меньше зона возможных токов К3. Таким образом, в зависимости от конкретных расчетных условий зна чения токов [ 3 aKe И [ r MorYT весьма существенно отличаться друr от друrа и это необходимо учитывать при выборе аппаратуры и проверке чув ствительности защиты. Для выбора аппаратуры следует использовать значения тока металли ческоrо К3. Допустимо выбирать аПllаратуру линий, отходящих от шин rлавноrо щита 0,4 кВ, по значению среднеrо (наиболее вероятноrо) тока К3, если невозможно выбрать аппаратуру, стойкую при металлических К3 tредкий случай). Однако вводные и секционный выключатели этоrо щита,
20 21 как наиболее ответственные, следует выбирать по металлическим КЗ, по скольку при отказе выключателя отходящей линии они должны локализо вать КЗ в пределах одной из подсистем электрической схемы. В то же время при проверке чувствительности защит трансформато ров 6/0,4 и 10/0,4 кВ, а также автоматических выключателей и предохрани телей 0,4 кВ, во избежание отказов защиты следует учитывать минималь ные ТQКИ КЗ l KR , рассчитанные с учетом токооrpаничивающеrо действия душ. По «Правилам устройства электроустановок» чувст)3ительность MaK симальной токовой защиты трансформатора проверяется к току металли ческоrо КЗ за трансформатором в минимальном режиме, причем мини мальный коэффициент чувствительности защиты (отношение минималь Horo тока КЗ, протекающеrо через реле защиты к току ero срабатывания) должен быть порядка 1,5. Однако для трансформаторов средней и большой мощности и при Ma лом сопротивлении питающей системы проверка чувствительности защи ты к токам металлическоrо КЗ недостаточно учитывает снижение токов КЗ из за переходных сопротивлений, что может вызвать отказ зашиты. Например, за трансформатором 1600 кВ.А ток металлическоrо КЗ (при Хе /Х т 0,1) составит 1 3) 38 кА, а ток КЗ через переходные сопротивления Rn 15 мОм составит Bcero [ 13,5 кА то есть в 2,8 раза меньше, чем при металлическом КЗ. В связи с этим необходимо в дополнение к провер ке чувствительности при металлическом КЗ производить такую же провер ку при КЗ через переходные сопротивления. при этом коэффициент чувст вительности защиты должен быть не менее 1,2 [19]. Расчеты показывают, что для трансформаторов малой мощности или при относительно большом сопротивлении питающей системы, коrда влияние Rn на токи КЗ со стороны 0,4 кВ незначителыю, определяющим при проверке чувствительности защиты является ток металлическоrо КЗ, при малом сопротивлении питающей системы и большой мощности трансформаторов определяющим является ток КЗ через переходные сопро тивления. Если чувствительность максимальной токовой защиты трансформато ра оказывается недостаточной к токам КЗ с учстом токооrраничивающеrо действия дуrи, то следует уменьшить ток срабатывания защиты, а для обеспечения ее несрабатывания при токах самозапуска электродвиrателей уменьшить количество двиrателей, участвующих в самозапуске, либо при менить их поочередный автоматический самозапуск, либо выполнить за щиту с применением блока БМРЗ О,4, в котором. имеется специальная функция блокировки МТЗ при пуске и самозаllуске электродвиrателей (rлава 15). Возможна также замена электромеханической защиты тpaHC форматора на цифровую, при этом расчетный ток срабатывания защиты трансформатора уменьшится за счет меньшеrо по сравнению с электроме ханической защитой коэффиuиента надежности и большеrо коэффициента возврата защиты. При дуrовом КЗ остаточное напряжение в месте КЗ может быть очень высоким. Это накладывает оrpаничения на применение МТЗ с пусковым opraнoM напряжения из за ero низкой чувствительности (см. rлаву 11, при мер 11 1). Расчеты показывают, что применение пусковоrо opraHa Ha пряжения для трансформаторов мощностью 630 кВ.А и более при малом сопротивлении питающей энерrосистемы невозможно, однако может быть оправдано при большом сопротивлении питающей энерrосистемы, а также при небольшой мощности трансформаторов или для защиты reHepaTopoB напряжением 0,4 кВ. Про верка чувствительности отсечек автоматов, а также предохрани телей при междуфазных или ОДЕофазных КЗ, очевидно, должна произво диться при токах КЗ, вычисленных с учетом переходных сопротивлений. При проверке селективности защит в сети 0,4 кВ также в некоторых случаях целесообразно учитывать влияние переходных сопротивлений, особенно для потребителей 11 и 111 катеrорий, и обеспечивать селективное действие зашит не во всем диапазоне возможных значений токов КЗ вплоть до тока металлическоrо КЗ 1(3) ' а только в Д иапазоне д о наиболее к.макс вероятных токов 1 p' не учитывая редкие случаи неселективноrо действия защит при металлических КЗ. Например, если проверку селективности Me жду защищающими понижающий трансформатор предохранителями ПК 6 и ПК 10 и автоматами 0,4 кВ П р о изводить П р и максимальном токе 1(3) к.макс , то может потребоваться завышение номинальных токов вставок ПК, что не рекомендуется директивными материалами [20], или замена предохрани телей выключателями, в то время как при токах 1 32p' которые MorYT быть значительно меньше [ 3 aKe' селективность будет обеспечена. Влияние токооrpаничивающеrо действия дуrи в месте КЗ можно не учитывать в следующих случаях: при выборе аппаратуры если мощность трансформатора менее 400 кВ'А; при проверке чувствительности защит если мощность трансформатора менее 250 кВ'А. При мощности пони жающих трансформаторов, равной или большей указанной, влиянием TO кооrpаничивающеrо действия душ в месте КЗ можно пренебречь при дoc таточно большом сопротивлении питающей энерrосистемы, при выборе аппаратуры, если отношение xclXT находится в области А или Б, а при про верке чувствительности защит если это отношение находится в области А, рис. 2 4. Например, для трансформатора мощностью 1000 кВ.А влияни ем токооrpаничивающеrо действия дуrи можно пренебречь IIрИ выборе аппаратуры, если XJXT 1,2, при оценке чувствительности защит если хе/х т 2,5. , , l' I I I '1 1 1 : i 11'1 ,11 !
22 23 5 :r.с/Хт 4 (rT + R п )2 Klr; Хе > К 2 Х Т Х Т rдe К, и К 2 коэффициенты, которые при выбuре аппаратуры равны 1,82 и 0,82 COOT ветственно; при оценке чувствительности зашит 1,32 и 0,32 соответственно. Кривые на рис.2А соответствуют этому уравнению. 1, учет этоru сuпротивления часто настолько значительно снижает расчетные значения этих токов (осuбенно за трансформаторами мошностыо 1000 2500 кВ.А в два четы ре раза соответственно), что можно uпасаться за стойкость выбираемой по ним аппара туры. Таким uбразом, данный MCТUД не позволяет определить реальные значения токов КЗ дЛЯ выбuра аппаратуры. В то же время встроенные защиты выбранных по этим то- кам автоматических выключателей обладают хорошей чувствительностью к минималь ным токам КЗ через переходные сuпротивления. В связи с тем, что выбирать аппаратуру по минимальным токам КЗ опаснu, Beдy щие проектные орrанизации не придерживались рекомендаций работы [18]. Например, в Атомэнерrопроекте выбuр аппаратуры производят по токам металлическоrо КЗ, BЫ численным без учета сопротивления дуrи в месте КЗ, а переходные сопрuтивления KOH тактов учитывают значением I мОм. Чувствительность зашит автuматических выклю чателей и трансформаторов 6(10)/0,4 кВ оценивалась по металлическому КЗ. Поэтому выбранная аппаратура оказывалась стойкuй при металлических КЗ, но зашита Heдoc таточно чувствительной при КЗ через переходные сuпротивления. Поэтому директив ным указанием [19] былu предписано проверять чувствительность ]ашит при дуrовых КЗ с учетом R п 15 мОм. В работах [21, 22] сделана попытка учета переходных сопротивлений аналоrично [18], однако используются иные значения сопротивлений R п . Результаты вычислений токов КЗ с учетом этих значений Rn сушественно меньше экспериментальных значений токов КЗ, приведенных в работах [4, 5, 16, 10]. Кроме Toro, при такой модели не дела ется различия между значениями токов, применяемых для выбора аппаратуры, и значе ниями токов, применяемых для проверки чувствительнuсти зашит, что, как 1I0казано в работах [5 9, 19], недопустимо. Метод дуzовоzо наnрЯ:J/Cения. Влияние дуrи учитывается введением в расчетную цепь КЗ противо ЭДС, соответствуюшей падению напряжения на дуrе. Значение паде ния напряжения в работах [23, 24] принимается 6 80 В, чтu соответствует снижению тока КЗ дО 75. 85% от максимальноru металлическоrо КЗ. Практически это равнозначно введению в цепь КЗ активноrо сопротивления, rlOСКUЛЬКУ сопротивление дуrи, по ИС следования м в работе [25]: Ra Е д Iдl l к , rде Е д напряженность электрическоrо пuля, B/MM; lд длина дуrи, мм (равна YДBoeH ному расстоянию между электродами); I K значение тока КЗ. ДЛЯ дуr, rоряших в свободнuм пространстве, Е д 1,5 B/MM [25]. Длина же дуrи является труднопредсказуемой величиной, которая с учетом разнообразия конструкций электротехнических устройств и причин возникновения КЗ, практически не поддается унификации. Для дуr, rоряших в стесненных условиях, удельное падение напряжения на дyre сушественно повышается из за повышения давления [5]. Это внuсит сушест венную ошибку в расчеты токов КЗ. Поэтому решением комитета N 73 МЭК отклонена концепция "постоянноrо дуrовоrо сопротивления", которая, как и концепция постоян Horo значения дуrовоrо напряжения, не учитывает истинных условий КЗ. Кроме Toro, этот метод также не делает различия между значениями токов, применяемых для выбо ра аппаратуры и применяемых для выбора зашит. Метод сни:J/Cающих коэффициентов. Заключается во введении некоторых сни жаюших коэффициентов, с помошью которых уменьшается расчетное значение тока металлическоro КЗ. В работе [26] приведены значения коэффициентов для трехфазноrо (0,89), двухфазноrо (0,74) и однофазноrо (0,38) КЗ. В работе [10] приведены peKOMeH дуемые значения снижаюшеrо коэффициента в зависимости от тока металлическоrо КЗ. В работах [4, 5] опытные значения токов КЗ были разбиты на три диапазона. cooт $т 12nО кВ.А Рис. 2А. Области. в которых можно не учитывать токооrраничиваюшее действие электрической дуrи При выборе аппаратуры можно не считаться с токuоrpаничиваюшим действием дуrи. если разница между током металлическurо КЗ /3) и током 1(3) не П р евышает к.макс к-ер [5%, Т.е. если (/ 3 aKe / 32p )/1 32p :<;;0,15. Подставляя в это уравнение значение 1 3!p из выражения (2 5), получаем условие I З акс:<;; 1,35/ ' при выполнении котороro, выби рая аппаратуру, можно не учитывать токооrpаничиваюшее действие дуrи. Аналоrично при оценке чувствительности зашит мuжно не учитывать TUKourpa ничиваюшее действие дуrи если ( /3) I кR (3) )/ /3) < О 15 или если /3) < 1 15/3) , к.макс - KR , , к.макс , KR . В 1 (3) 1 (3) ыражая токи к.маке И KR В полученных неравенствах через активное и индук тивное сопротивления трансформатора и индуктивное сопротивление энерrосистемы, получаем уравнение, характеризуюшее uтношение xclx T , при котором также можно не считаться с токооrpаничиваюшим действием дуrи при выборе аппаратуры и прuверке чувствительности зашиты: Друzие Jиетоды учета токооzраиичивающеzо действия электрической дуzи. Рассматриваемые далее спосuбы учета токuоrpаничиваюшеro влияния электриче ской дуrи не решают rлавной задачи. которая заключается в том. чтuбы создать про стую и удобную для широкоrо использования модель КЗ, позволяюшую получить при емлемые результаты и для выбора аппаратуры, и для выбора защит. Методы введения в цепь К3 активною сопротивления. В работе [18] предлаrается учитывать сопротивление электрической дуrи и контактов до точки КЗ (переходные сопротивления) совокупно, введением в расчетную цепь активноrо сопротивления Rn, значения KOToporo зависят от места КЗ. а выбор аппаратуры производить по токам КЗ, рассчитанным с учетом этоrо сопротивления. ДЛЯ КЗ на rлавных шинах 0,4 кВ (за трансформаторами 6(10)/0,4 кВ) рекомендовано значение R п 15 мОм. Выше показано, что это значение соответствует минимальному возможному току дyroBoro КЗ. Поэтому
24 вететвуюших значениям ударных токов металлическоrо КЗ дО 20, от 20 до 40 и более 40 кА. Для каждоro из них найдены кривые распределения плотности веPUЯТНостей снижаюшеro коэффициента и интеrpальные кривые функций распределения снижаю шеrо коэффициента. Из этих кривых видно, что наиболее часто значения снижаюшеrо коэффициента лежат в пределах 0,6 0,9. Исходя из вероятности 0,95. приняты следую шие значения снижаюшеrо коэффициента: для ударных токов в диапазоне 20 кА равное 0,9; 20 40 кА равное 0,8 и свыше 40 кА равное 0,7 (для действуюшеro значения токов эти диапазоны примерно соответствуют до 10 кА. 10 20 кА и более 20 кА). Эти значения снижаюшеrо коэффициента рекомендовано учитывать при выборе аппарату ры, уменьшая соответственно расчетное значение тока металлическоrо КЗ. Из этих же кривых видно, что минимальные значения снижаюшеr-о коэФ4;ициента находятся в пределах 0.2",{),3. Поскольку, по опытным данным, КЗ, которым соответствует сни жаюший коэффициент 0,2, самоликвидируются, сделан вывод, что для расчета зашит следует вводить снижаюший коэффициент 0,3. Отметим, что в работах [4, 5] впервые указано, что дл я выбо р а аппа р ат ур ы и п р ове р ки Ч У вствительности за ш ит необхо д имо использовать р азные значения токов ny rOBoro КЗ . п р ичем эти значения с уш ественно отличаются npY r от дру r-а. Однако вызывает сомнения рекомендация применять uдинаковый кuэффициент 0,3 при проверке чувствительности зашит во всех случаях, независимо от внда КЗ, мошности питаюшей сети, трансформатора и схемы соединения ero обмоток. Действи тельно, в тех же опытах обнаружено, что при малых токах КЗ вероятность перехода КЗ в дуroвое незначительна. Наблюдается процесс сваривания жил пробитых кабелей и закорачиваюших металлических предметов с токоведушими частями. Это же подтвер ждаетея исследованиями работы [15], rде указано, что при КЗ в удаленных точках сети, которым соответствует коэффициент мошности около единицы (из за пuдавляюшеru влияния активных сопротивлений сети), дуrовое КЗ малuвероятно, так как nyra ruрит неустойчиво. Однако при больших токах КЗ оно сразу же переходит в дуrовое со зна чительным снижением тока. Очевидно, что чем меньше ток металлическоrо КЗ, тем меньше влияние дуrи. Это видно даже из самих снижаюших коэффициентов 0,7; 0,8; 0,9. По этой же причине применение коэффициента 0,9 при выборе аппаратуры в слу чае небольших токов металлическоrо КЗ неоправданно. Поэтому данный метод учета переходных сопротивлений приrоден лишь в частных случаях, при питании от мошной энерrосистемы, большой мошности понижаюших трансформаторов и близких КЗ. В работе [11] Приведены кривые зависимости рекомендуемых значений снижаю щеrо коэффициента от сопротивления цепи КЗ (они были использованы при подrотов ке [ОСТ 28249 93). Расчет по этим снижаюшим кuэффициентам дает примерно тот же результат, что и при введении в расчетную цепь сопротивления Rn 15 мОм, за исклю чением близких КЗ (см. далее. пример 2 1). При близких КЗ расчетные значения токов при использовании снижаюших коэффициентов получаются больше. чем при введении в расчетную цепь сопротивления R п 15 мОм. Однако в той же работе r 11] отмечается, что определение снижаюшеrо коэффициента по этим кривым дает правильный резуль тат только в 68% случаев, для степени доверия 95% следует принимать более низкие их значения. Учитывая, что расчетные значения токов близких дуrовых КЗ очень важны для оценки чувствительности зашит трансформаторов и зонЬi резервирования этих за шит, предпочтительнее пользоваться рекомендациями настояшей работы Кроме Tor-o, метод снижаюших коэффициентов не дает возможности определить наПряжение в месте КЗ. Методы введения в цепь К3 реа%НО20 (пере,'I1еННО20) активНО20 сопротивления электрической дУ2и. В работе [15] экспериментально показано-, что наиболее вероятное 25 значение сопротивления низковольтной дуrи R д (Ом) в сетях напряжением от 120 до 600 В частотой 60 [ц мuжно определить пu эмпирическому выражению: Rд 15,5 .Jiдl /о,х5, rде 1 дуruвой ток, А; lд длина дуrи в сантиметрах. Поскольку R д изменяется в зависимuсти ОТ тока, вычислеНие представляет собuй прuцесс итерации. начиная с тока металлическuru КЗ. Вычисляемый дуrовuй ток опре деляется по выражению: J 2 2 lд Ифl Х1;+(/r+Rд) и быстро уменьшается с каждой вычислительнuй операцией, так что требуется лишь HeCKO, ЬKO операций для получения кuнечноru устойчивuro значения. Установлено TaK же, чтu при коэффициенте мошности (uтношении 1,:.!Xl), близком к единице, Jjyra rорит неустойчивu. Недостатком данноru метода является ro uбстоятельство, что он позволЯет наити лишь расчетное сопротивление электрической дуrи, rоряшей в определенных условиях, и соответствуюшее значение тока КЗ, но не дает ответа на вопрос, какое значение тока спедует принять для выбuра аппаратуры, а какое для пpuверки чувствительности зашит. Действительно, длина дуrи является случайнuй величиной, практически непредсказуе мой из за неопределенности параметров, так как зависит от конструкции распредуст puйства, причины и места возникновения КЗ (кабель, шины распределительноrо ycт puйства, клеммная корuбка электродвиrателя). Например, в рабuте [15] отмечается, что при дуrовых КЗ в распределительных устройствах напряжением до 1000 В длина элек трической дуrи может составлять от 6,35 до 23 см, а при обrорании шин больше 23 см. Метод, рекu.'I1ендуемый ТОСТ 28249 93 [27]. Представляет собuй соединение Me тода введения в цепь КЗ реальноrо (переменноrо) активноrо сопротивления электриче скuй дуrи и метода снижаюших коэффиuиентов, поэтому он обладает недостатками, характерными для этих методов. При этом иrнорируется то обстоятельство, что токи дуr-овых КЗ в одной и той же точке MorYT сушественнu uтличаться друr от друrа, обра зуя некотuрую зону, и что нельзя принимать одно и то же значение и для выбора аППа ратуры, и для проверки чувствительности зашит. Таким образом. не учитывается опыт исследований. о которых указано выше. Наряду с этим рекомендации [ОСТ пpuтиво речивы и их использование дает сомнительные, а иноrда и разные результаты для oд них и тех же условий в зависимости от Toro, какие из этих рекомендаций используютея для расчетов. Например, в рекомендуемом Приложении 11 этоrо метода в примере N 1 приво диТся расчет токов КЗ за трансформатоpuм мошностью 1000 кВ'А, У/У--, и к 5,5%, Хе;:: O,lx T Вычисленный в примере максимальный ток металлическоrо трехфазноro КЗ составляет / :2aKe 23,3 кА. С учетом рекомеНдуемоrо для этоrо случая сопротивления электрической дуrи (5,6 мОм) определены токи трехфазноrо и двухфазно.-о дуrовоr-о КЗ, соответственно / 18,6 кА и / 18,39 кА. Результаты сомнительны. Ток двухфазноrо КЗ получился практически рщшым трехфазному, что не соответствует ис следованиям [26], соrласно которым ток двухфазноrо дуrовоrо КЗ составляет примернu 0,83 тока трехфазноrо дуrоВоrо КЗ. Применение результатов этоrо расчета для пpuверки чувствительности зашит весьма рискованно. Например, в примере N 1 активное сопротивление дуrи принято 5,6 мОм, соответственно остаточное напряжение составит при трехфазном КЗ 18,6'5,6'.,fj 180 В, Т.е. 0,45 ИН' Коэффициент чувствительности комбинированноrо 11. .. 26 27 пуска максимальной токовuй ]ашиты трансформатuра пu напряжению при уставке 0,5'-"0,7 Ин составит 1,2 . (0,5'-"0,7) 1 0,45 1,33'-"1,86, чтu бuльше требуемоrо пu ПУЭ значения 1.2. Зашита должна рабuтать. На практике наблюдались случаи uтказа ]ащи ThI, в связи С чем Атомэнерruпроект выпустил директивное указание [19], в котором предписано отказаться от применения пуска максимальных токовых зашит по напря жению в сетях 0,4 кВ. Как показано далее, для проверки чувствительнuсти зашит следовало бы принять R H 15 мОм, тоrда 1 11,7 кА, остаточнuе напряжение 11,7' 15. ,Jj 303 В, или 0,75 ИН, а чувствительность комбинированноrо пуска 1,2 . (0,5'-"0,7) 1 0,75 (0,8 1,12), что меньше нормируемоrо значения 1,2. Зашита должна uтказать, что соответствует действительнuсти. На рис. 2 3 этой методики приведена ]ависимость снижаlOшеru коэффициента от сuпротивления цепи КЗ. пuлученная по исследuваниям работы [11]. Дуrовuй ток можнu найти умножением тока металлическurо КЗ на этот кuэффициент. Применим этuт спu со б для paccM oTpeHHoro выше при:wера N 1. Суммарное сопротивление цепи КЗ 2,242,,9,б42 9,9, по кривым рис. 2 3 снижаюший коэффициент равен 0,6 0.65; ток JIyruBOru КЗ 23,33' (0,6'-"0,65) 14'-"15,1 кА, что не соответствует расчетнuму 18,6 кА. Таким образом, применяя рекомендации этоrо метода, можнu получить разные pe зультаты для uднurо и Toro же расчетноrо случая (см. также пример 2 1). Аналоrичным образом находим токи КЗ при друrих длинах кабеля. Полученные разными способами расчетные значения токов КЗ представлены в I'рафическом виде на рис. 2 5. к.Ашш т. "т " .. 1 3 l , , 20 ' . 10 . . ... .+ '.т." Т. J1= , , , ..J.m .. 50 100 150 1 1\1 Пример 2 1. Сравнить расчетные значения токов rpехфазноrо дуrовuru КЗ Д;IЯ раечетuв зашит, получаемые по рекuмендациям [ОСТ 28249 93 и настояшей работы. для случая повреждения за кабелем сечением 3 х 120 мм 2 с а.,тюминиевыми жила 1И в заВИСИМОСТИ от ero длины. Кабель пuдключен после трансфuрматора мuшнuс1ыо 1000 кВ.А (lIK 5,5%), сопротивление питаюшей энерrосистемы равно О,lх т . Реш е н и е. Находим сопротивления 'шементов схемы замешения. Сопротивле ние трансформатора по справочным данным Х Т 8,6 мОм, r T 2 мОм. Сuпротивление питаюшей энерrосистемы Хе 0,86 мОм. Сопротивление кабеля х К O,057'/; r K 0,32'/, rде 0,057 и 0,32 ш соответственно индуктивное и активнuе удельнuе сопротивление Ka беля, приняты по справочным данным, мОм/м; / ш д;тина кабеля, :w. Рассчитае:w значения токов КЗ при длине кабеля, например 25 м, тorJta х к 0,057' 25 1,43 мОм, '"к 0,32. 25 8 мОм. Ток металлическ оru КЗ по формуле (2 1): 1 3) 400/(,Jj. J (8,6+0,86+1,4з)2+(2+8)2) 15,6 кА. Рис. 2 5. Сравнение расчетных значений тока трехфазноrо КЗ в зависимости от длины кабеля сечением 3х120 с алюминиевыми жилами, подключенноrо за трансфuрматором мошностью 1000 кВ.А при Хе О, lх т : 1.. металлическое КЗ, 2 с учетом R п , определен HOro по рис. 14 [ОСТ 28249 93, 3.. с учетом снижаюшеrо коэффициента, определенноrо по рис. 23 [ОСТ 28249 93, 4.. с учетом Rn 15 мОм По рис. 23 [ОСТ нахuдим, что снижаюший коэффициент для дyroBoro КЗ COCTaB ляет 0,68 ,62, соответственно ток дуruвurо КЗ равен 15,6 . (0,68'-"0,62) 1O,6 9,7 кА. Последнее значение соответствует устанuвившемуся току, ero и принимае 1 для по строения кривых. Определяем ток дуrовоrо КЗ в той же точке, используя приведенную на рис. 14 [ОСТ зависимость сопротивления дуrи от сечения и длины кабеля. Для рассматривае Moro случая сопротивление дуrи 8 мОм: Из рис. 2 5 можно сделать следуюшие выводы: 1. Значения токов дуrовых КЗ, определяемые с помошью рекомендуемых [ОСТ спuсобов, получаются примерно такими же, как и по формулам или расчетным кривым (рис. ПI 2.-,.r]) 10) данной работы, за исключением близких КЗ (в данном случае при длине кабеля менее 50 м). При близких дуrовых КЗ значения токов, определяемых спо сuбами rOCT, получаются больше, чем по рекомендациям данной рабuты. Однако для проверки чувствительности зашит следует учитывать как раз минимальнu возможные токи КЗ, определяемые кривой 4, что отмечается в работах [4, 5] и в rлаве 2.2 настоя шей работы; 2. Значения токов близких дуrовых КЗ, определяемые с учетом рекомендованных rOCT зависимостей сопротивления дуrи от сечения и длины кабеля, сушественно бо.тьше, чем при использовании спосuба снижаюших коэффициентов. Таким образом, применяя рекомендации [ОСТ, можно получить разные результаты для одних и тех же расчетных случаев. 3. Для удаленных КЗ (в данном случае при длине кабеля более 50 м) разница зна чений токов дуrовых КЗ, определяемых разными методами, несушественна. , I 400/(,Jj ' (8.6+0,86+ 1,4з)2 +(2+8+8)2) 11 кА. Рекомендуемые [ОСТ спuсобы нельзя применить для расчетов КЗ от аварийных reHepaTopoB, поскольку в ряде случаев (например, при расчетах установившихся КЗ) сопротивление электрической дуrи может не влиять на значения токов КЗ из за подав ляюшеrо сопротивления reHepaTopoB. Очевидно, что принятую в методе [27] модель дуrовоro КЗ нельзя считать опти мальной. ' Определяем ток дуrовоrо КЗ в той же точке, при няв Rп 15 мОм: 1 400/(,Jj. J (8,6+0,86+ 1,43)2 + (2 +8+ 15)2 ) 8,47 кА.
28 2.3. Сопротивления элементов схемы замещения Для расчетов токов КЗ составляют схему замещения, в которую BXO дЯТ все сопротивления цепи КЗ. Значения этих сопротивлений выражают в миллиомах (мОм). Далее рассмотрено, как определяются сопротивления отдельных лементов схемы замещения. Питающая энерzосисте.ма. Активное и индуктивное сопротивления питающей энерrосистемы до зажимов высшеrо напряжения ВН понижаю щеrо трансформатора находят из расчета токов КЗ на стороне ВН и приво дят К стороне низшеrо напряжения НН по выражениям: Х 103x ( и н . т .нн ) 2. r l03r ( U H : r . HH ) 2 ( 2 6 ) с с.вн U ' с с,вн U ' Н.l.ВН H:r.BH [де Хе.вн и re.BH соответственно индуктивное и активное сопротивления энерrосистемы, приведенные к стороне ВН, Ом; Хе и re то же, приведен ные к стороне НН понижающеrо трансформатора, мОм; и Н . Т нн И ин.т,ВН соответственно номинальные напряжения обмоток НН и ВН понижаюшеrо трансформатора. Для практических расчетов токов КЗ допустимо не учитывать актив ное сопротивление энерrосистемы, а индуктивное принимать равным пол ному сопротивлению энерrосистемы (это не влияет на точность расчетов токов КЗ в сети 0,4 кВ), определяя ero значение (в Омах) по известному току [ H (в килоамперах) или мощности S2 H (в меrавольт амперах) трехфазноrо КЗ на зажимах ВН понижающеrо трансформатора 6(10)/0,4 кВ: Х и е . вн и;вн е.ВН ..{j[(3) S(3) ' к-ВН к.вн [де ие,ВН напряжение энерrосистемы со стороны ВН трансформатора, при котором определялись ток и мощность КЗ системы, кВ. Трансформаторы. Активное и индуктивное сопротивления пони жающеrо трансформатора (в миллиомах), приведенные к стороне НН: 2 Z == 104 UKU H : r . Т SH.T ' б рu2 r 10 .....!L....!!L. Т s2' Н.Т Х Т == Z; r; , (И О) [де SH.T номинальная мощность трансформатора, кВ'А; и Н . Т номиналь ное линейное напряжение обмотки НН, кВ; Р К мощность потерь КЗ в трансформаторе, кВт; и к напряжение КЗ трансформатора, %. (2 7) (2 8) (2 9) -, .. . _ ' ;J:< ?,.: :'::- -: 29 Параметры стандартных трансформаторов 6(10)/0,4 кВ IIриведены в (1) /з табл. 2.4. Из таблицы видно большое различие сопротивлении ХОТ и ZT трансформаторов со схемой соединения обмоток VJy.. и ДJУ-, причем для последних характерно равенство ХОТ XI T Х2т И близкие к ним значения z<1) /3. Соответственно значения токов однофазноrо КЗ после трансфор Т маторов дJУ- в несколько раз больше, чем после трансформаторов VJy... а при близких однофазных КЗ они практически равны токам трехфазноrо КЗ. Поэтому для обеспечения чувствительности защит от однофазных КЗ применение трансформаторов дJУ- предпочтительнее. Таблица 2.4 Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов 6(10)/0,4 кВ [28), мОм Мошность z(I) трансформатора, и к ,% XIT Х2т ХОт rl T == r2T rO T .....L. кВ.А 3 Соединение обмоток VJy.. 100 4,5 64,7 581,8 31,5 253,9 260 160 4,5 41,7 367 16,6 150,8 162 250 4,5 27,2 234,9 9,4 96,5 104 400 4,5 17,1 148,7 5,5 55,6 65 630 5,5 13,6 96,2 3,1 30,3 43 1000 5,5 8,5 60,6 2,0 19,1 27 1000 8 12,6 72,8 2,0 19,1 33,6 1600 5,5 4,9 37,8 1,3 11,9 16,6 Соединение обмоток ЫУ- 100 4,5 66 66 36,3 36,3 75,3 160 4,5 43 43 19,3 19,3 47 250 4,5 27 27 10,7 10,7 30 400 4,5 17 17 5,9 5,9 18,7 630 5,5 13,5 13,5 3,4 3,4 14 1000 5,5 8,6 8,6 2,0 2,0 9 1000 8 12,65 12,65 1,9 1,9 12,8 1600 5,5 5,4 5,4 1,1 1,1 5,7 2500 6 3,8 3,8 0,6 0,6 3,85 ii, 1I11 1I '1 ,1 l' Кабели. Активное и индуктивное сопротивления кабелей определяют по выражениям: IIII! I х к ==xyi; r K ryi, (2 11) [де Худ и r уд соответственно индуктивное и активное удельные сопротив ления кабелей, принимаются по табл. 2.5, мОм/м; Z длина кабеля, м. I II 111
f .-t., - с ".......... "?- "- 30 31 Таблица 2.5 Yne;ILHoe сопротивление (прямой последовательности) кабелей с а.;lюминиевыми жиламн при температуре проводннка 6S 0 C, MOM/M 1121 Таблица 2,6 Удельные сопротивления шин прн 6S"C MOM/M 1131 i !: Примечание . Для кабелей с медными жилами приведенные в таблице значения активнOI"О сuпротивления следует уменьшить в 1,7 раза. Сечение, r YII ХУД при среднем rcuметрическом расстоянии 2 междv Фазами, мм, равном мм медь алюминий 100 150 200 250 25х3 0,2680 0,475 0,1790 0,2000 0,225 0,244 30 х 3 0,2230 0,394 0,1630 0,1890 0,206 0,235 30 х 4 0,1670 0,296 0,1630 0,1890 0,206 0,235 40 х 4 0,1250 0,222 0,1450 0,1700 0,189 0,214 40х5 0,1000 0,177 0,1450 0,1700 0,189 0,214 50 х 5 0,0800 0,142 0,1370 0,1565 0,180 0,200 50 х 6 0,0670 0,118 0,1370 0,1565 0,180 0,200 60х6 0,0558 0,099 0,1195 0,1450 0,163 0,189 60 х 8 0,0418 0,074 0,1195 0,1450 0,163 0,189 80 х 8 0,0313 0,055 0,1020 0,1260 0,145 0,170 80хl0 0,0250 0,0445 0,1020 0,1260 0,145 0,170 100хl0 0,0200 0,0355 0,0900 0,1127 0,133 0,157 2(60 х 8) 0,0209 0,0370 0,1200 0,1450 0,163 0,189 2(80 х 8) 0,0157 0,0277 0,1260 0,145 0,170 2(80х 1 о) 0,0125 0,0222 0,1260 0,145 0,170 2(1 ООх 1 о) 0,0100 0,0178 0,133 0,157 "1 i,11 Сечение жил, мм 2 Х т фазных нулевой r уд Трехжильный Ka Четырехжильный бель кабель 3х4 2,5 9,610 0,092 0,098 3х6 4 6,41 О 0,087 0,094 3хl0 6 3,840 0,082 0,088 3х16 10 2,400 0,078 0,084 3х25 16 1,540 0,062 0,072 3х35 16 1,100 0,061 0,068 3х50 25 0,769 0,06 0,066 3 х 70 35 0,549 0,059 0,065 3х95 50 0,405 0,057 0,064 3х120 50 0,320 0,057 0,064 3х150 70 0,256 0,056 0,063 3 х 185 70 0,208 0,056 0,063 3х240 0,160 0,055 '1,: ШUIIЫ U ШUllопроводы. Сопротивление шин и шинопроводов находят аналоrично. Их удельные сопротивления принимают по заводским данным или по табл. 2.6, 2.7. Сопротивление шин и шинопроводов длиной 5 м и менее можно не учитывать, так как их влияние на ток КЗ невелико. При известных расстояниях между прямоуrольными шинами индук ТИВllое сопротивление (в миллиомах на метр) можно определить прибли женно по выражению: т а б л и Ц а 2.7 Удельные сопротивления шинопроводов до 1000 В, MOMIM (301 4а ср ХУД 0,1445xlg , h (2 12) Номи Размеры с;чения, Сопротивление Сопротивление Тип шино мм Фазы петли Фаза нvль наль Нуле I провода ный Фазных ток, А шин Boro про r YII ХУД Z",YII Х п . уд I.YJJ. вода ШМА 73 1600 2(90 х 8) 2 х 710 0,031 0,017 0,123 0,072 0,098 ШМА68Н 2500 2(120 хlO) 2х640 0,027 0,023 ШМА68Н 4000 2(l60 х 12) 2х640 0,013 0,02 ШЗМ16 1600 2(100х8) 1500 0,017 0,014 0,067 0,052 0,043 ШРА73 250' 35х5 0,200 0,100 ШР А 73 400 50х5 0,130 0,100 ШРА73 630 80х5 0,085 0,075 КЗШ 0,4 0,0242 0,117 1 1 1 ': 1 ' l' '11 [де а ер {/ а I2 а]Jа 2з среднее rеометрическое расстояние между фазами 1, 2 и 3, мм; h высота шины, мм. ВоздУШllые ЛUIIUU. Активное и индуктивное сопротивления линий определяются по формуле (2 11). Для линий 0,4 кВ с проводами из ЦBeT ных металлов значение удельноrо индуктивноrо сопротивления прибли женно принимается равным 0,3 мОм/м, активноrо по табл. 2.8. Линии со стальными про водами применяют редко. Их активное и индуктивное co противления зависят от конструкции провода, значения тока и MorYT быть найдены из работ [14, 29]. , 11,' , il
32 к Таблица 28 онструктивные н расчетные даННые неизолированных Me n H LIX ал . и сталеал ' ЮМИНиевых юмнниевых проводов при 20 0 С (rOCT 839 74) Номи Медные провода (М) Алюминиевые Сталеалюминевые нальное ПDОВода (А) провода (АС) сечение, расчетный расчетный мм 2 диаметр, r уд ' r yII , расчетный r уд ' диаметр, мм MOMIM MOM/M диаметр, 4 мм MOM/M 2,2 4,52 мм 6 2,7 3,03 10 3,6 1,79 4,5 2,695 16 5,1 1,13 25 6,4 5,1 1,8 5,6 1,772 0,72 6,4 1,14 6,9 1,146 35 7,5 0,515 7,5 0,83 8,4 50 9,0 0,361 0,773 70 9,0 0,576 9,6 0,593 10,7 0,267 10,7 0,412 11,4 95 12,6 0,42 0,191 12,3 0,308 13,5 0,314 120 14,0 0,154 14,0 150 15,8 0,246 15,5 0,249 185 0,122 15,8 0,194 16,8 0,195 17,6 0,099 17,5 0,157 18,8 0,159 Реактор наllряжением 0,4 кВ типа PТТ O 38 5 параметры реактора: напряжение 380 В ток 50 А 0 0,14. Номинальные ление при чаСТоте 50 [ц составляет 140 мО ' индуктивное сопротив УЗ (алюминиевая обмотка) 17 О м, активное для Исполнения 16 О Д м м, для исполнения ТЗ (медная обмотка) м м. 01982 [. реактор обозначался TPTC O 5 50 0 14 Трансф , ,. почти незам: :: ;:яК: : ;:вление трансформаторов тока ввиду ется. ля упрощения расчетов не УЧИТЫва Автоматические вЫl<Лючатели б тивления. Соп р отивления ' ру Шlьники, переходные coпpo автоматических выключателей б та же переходные сопротивлеНI1Я (вставных контактов б ' ру ильников, а нии шин и Д ) , ОЛТОвых соедине р. принимают по справочникам и каталоrам Эт ния часто не УЧИтывают, ПОСкольк их вл . И сопротивле превышает 5% вблизи тр анс ф у ияние на значение тока КЗ не орматора и снижается при у КЗ. Сопротивление автоматическоrо выключателя отключ:: ении ; чки учитывают, так как при экспериментальн ' щеrо, не коммутационной способности исходят из : :р:::; е:I:Иб ero предельной отсутствии этоrо ВЫКЛючателя (rOCT 2933 83) , Р ьти в цепи при Переходные сопротивлен ( . месте КЗ руб ия СОпротивление электрической дyrи в , ильников, выключателей вс единений) рекомендуется учитывать, K K п:::; : :0;::BKeT 2. болтовых co .. . . 1, 33 2.4. Расчет токов l\fежлуфазноrо КЗ при питании от энерrосистемы Определение токов металлическоzо кз. Переходное сопротивление в месте повреждения не учитывается, расчет выполняется по выражениям (И) и (2 2). Определение токов кз с учетом токооzраничивающеzо действия дуzи в месте повреждения. Расчет рекомендуется выполнять по выраже ниям (2 3), (2 4) и (2 5). I I 11, Определение ударных токов кз. Ударный ток КЗ определяется по выражению: iy kv J21 3J ' (2 13) rде ky ударный коэффициент; [ 3J расчетный ток трехфазноrо КЗ, при расчетах по металлическим КЗ. равен [ 3!.aKe' при расчетах с учетом TOKOO rраничивающеrо действия дуrи в месте повреждения равен [ 32p' При точных расчетах ударных токов металлическоrо КЗ значение ky определяется в зависимости от отношения результирующих сопротивле ний цепи КЗ xl/r"[.: x21r"2. 0,5 0,8 4 8 9 5 6 7 1,5 2 3 ky 1,0 1,02 1,05 1,12 1,2 1,35 l,4б 1,53 1,59 1,63 1,67 1,71 I f f При приближенном определении ударных токов КЗ на шинах КТП за трансформаторами мощностью 400 кВ.А и более принимают [17, 18]: для металлическоrо КЗ наибольшее возможное значение ударноrо коэффициента ky 1,5, при этом iy 2,12[ aKe; дЛЯ КЗ через переходные сопротивления ky 1,3, при этом i I831(3)' у , К.ер' дЛЯ КЗ на вторичных сборках, [де имеется большое влияние кабелей, k 1 1- / . 1 55 1 (3) у , , у , к.ср . Учет подпитки места К3 электродвиzателюии lIапРЯJlсение:и до 1000 В. Соrласно ПУЭ [I] влияние асинхронных двиrателей на ток КЗ не учитывается, если ток от них поступает к месту КЗ через те элементы, че рез которые протекает основной ток КЗ от сети и которые имеют сущест венное сопротивление. Для сети 0,4 кВ такими элементами являются кабе ли и переходные сопротивления в месте КЗ. Поэтому подпитку от электро Двиrателей следует учитывать только при выборе аппаратуры на основном щите КТП и не следует учитывать при выборе аппаратуры на сборках 0,4 кВ. I i l ' '.
34 При проектировании часто неизвестен состав наrpузки и ее приходит ся рассматривать как обобщенную наrрузку трансформатора, состоящую из электродвиrателей и друrих электроприемников [12]. В этом случае пе риодическую составляющую тока подпитки места КЗ от электродвиrателей можно приближенно определить по выражению (2 14), приняв в нем Е; 0,8 и х: 0,35: .. Е; l дв == [H.T 2,29[н.т, х. (И4) Суммарный ток в месте КЗ с учетом Подпитки от электродвиrателей: 1 [ 3 +2,291H." (И5) [де [2J расчетный ток КЗ от трансформатора, для металлическоrо КЗ pa [ (3). КЗ [ (3) вен к,маке' для через переходные сОпротивления равен K.LP' Ударный ток КЗ от электродвиrателей: iу.дв k YIIB .J2[ B 3, 221 H . T , (2 1 6) rде k у . дв ударный коэФФици.ент тока КЗ от электродвиrателей, принима ется равным единице ввиду быстроrо затухания апериОдической COCTaB ляющей. Суммарный ударный ток КЗ с учетом подпитки от электродвиrателей: iy}; iy + 3, 22[ Н.Т (2 17) Тепловой импульс тока К3 (кА 2 .с). Значение тепловоrо импульса за висит от расположения точки КЗ в электрической схеме. При выборе аппа ратов на rлавном щите 0,4 кВ тепловой импульс определяется по выраже нию: В к ([2n\lотю, + т..ер) + 1,5( [ B)2 т..ер + 4[:'[ т..ep, (2 18) [де lоткл lе.о+ lа время отключения КЗ, с; lе.о ВЫдержка времени сраба тывания отсечки селективноrо автомата, с, для автоматов отходящих ли ний обычно принимают минимальные уставки по времени, так как в по давляющем большинстве случаев Этоrо достаточно; ( а время rашения дy rи, для автоматических выключателей серии АВМ и «Электрою> равно 0,06 с, для А3700 0,01 с; Та.ср усредненное значение времени затухания свободных токов КЗ, принимается 0,03 с; [ 3J расчетный ток КЗ, кА, для металлических КЗ равен [ 32aKe' дЛЯ КЗ через переходные сОпротивления [ tЗ) равен к-ер' Пример 2 2. КТП с трансформатором мошностью 1000 кВА, напряжением 6,3/0,4 кВ, и к 5,5% питается от энерrосистемы. Ток КЗ со стороны энерrосистемы на зажимах ВН трансформатора составляет в максимальном режиме 17 кА, в минималь r 1 i ! 1 . 35 ном 10 кА Определить параметры для выбора автоматических выключателей OTXO их ОТ ктп линий, а также минимальный ток двухфазноrо КЗ на шинах 0,4 кВ KT :Яв конце отходяшей кабельной линии с алюминиевыми жилами сечением 3х120 мм длиной 100 м. б Реш е н и е. Расчет при металлическом КЗ в максимальном режиме ра оты пи таюшей энерrосистемы. Сопротивление питаюшей энерrосистемы, приведенное к Ha Н Ю 0 4 кВ по Ф о р м у лам ( 2 6) и (2 7) составляет Хе 103' (0,41 6,3 {6,3 I( .Jj '17) пряже и , , .' 2 мОм О 85 мОм, Сuпротивление трансформатора (см. табл. 2.4) Х Т 8,5 мОм, r T . Ма симальный ток металлическuru трехфазноro КЗ на шинах 0,4 кВ определяем по формуле (2 1): 400 1 32aкc 24 кА. JЗ (0,85+8,5)2 + 22 Периодическая составляюшая тока подпитки от электродвиraтелей по формуле (2 14) I, B 2,29.1,445 3,3KA, rде 1,445 номинальный ток силовоrо трансформато ра,кА. Суммарное значение тока для выбора аппаратуры (с учетом подпитки от двиrате лей) rю формуле (2 15) I r 24 + 3,3 27,3 кА. Отношение результируюших сопротивлений до шин 0,4 кВ xY..I'L (0,85 + 8,5)1 2 4,67 С учетом этоrо находим ky 1,5, а значение ударноro тока от системы по фор муле (2 13) iy 1,5..J2.24 50,9KA. Суммарный ударный ток с учетом подпитки от двиrателей пu формуле (2 17) i YL 50,9 + 3,22' 1,445 55,5 кА. Тепловой импульс тока КЗ для автоматических выключателеи серии АВМ и «Электрон» при выдержке времени срабатывания отсечки te.o 0,25 с по ормуле (2 18) В к 242. (0,25 + 0,06 + 0,03) + 1,5'3,з2. 0,03 + 4' 3,3 . 24. 0,01 206 кА 'с. Аналоrич но для выключателей А3700 при t e . o 0,1 с имеем В к 90,6 A 'с, Значения токов при двухфазнuм металлическом КЗ в минимальном режиме пи таюшей энерrосистемы. Сопротивление питаюшей энерrосистемы: Х ( 0,4 ) \03 1,47 мОм. При КЗ на шинах 0,4 кВ: с JЗ.10 6,3 I HII 400 22. 7 кА. 1 2JИII 0,867. 22, 7 19,7 кА. JЗ (1,47 + 8'5)2.... 22 Сопротивление кабеля по формуле (2 11): '" = 0,32 .100 32 мОм. При КЗ в конце кабеля: 1 ин 400 6 2 кА I ;lин 0,867.6,2 5,38 кА. JЗ (1.47 + 8,5 + 5,7)2 + (2 +32)2 ' , Выполним тот же расчет, но с учетом токооrраничиваюшеrо действия дуrи в Mec те КЗ. Значение тока КЗ на шинах с учетом Rn 15 мОм в максимальном режиме рабо (3) 400 12 А ты питаюшей системы по формуле (2 3): IKR 1 2 2 к. .JjV(0,85+8.5) +(2+15) 1 (3) (24+12) 18 кА. Наиболее вероятное значение тока КЗ по формуле (2 5): К.ер 2 Х к 0,057.100 5, 7 мОм; II:
36 Суммарное значение тока для выбuра аппаратуры с учетом тuкuоrpаничиваюшеru действия -электрической дуrи и подпитки от двиrателей ПU формуле (2 15): l r 18+3,3 21,3 кА. Ударный ток с учетом подпитки от двиrателей по формулам (2 13) и (2 17): /yr. 1,3..J2 .18+ 3,22.1,44 37.6кА. Тепловой импульс тока КЗ для автоматов серии АВМ и «Электрон» (te.o 0,25 с): В к 182. (0,25 + 0,06 + 0,03) + 1,5 . 3,32. 0,03 + 4 . 3,3 . 18 . 0,03 117,8 кА 2 'с. Анало rично для автоматов А3700 (te,o 0,1 с) В к 53 кА 2 .с. Значения токов при двухфазном КЗ через перехuдные сопротивления в мини мальном режиме. При КЗ на шинах: (3) 400 /KR 11,7KA, J3 (1,47+8,5)2 +(2+15)2 При КЗ за кабелем: 1(3) 400 4 5 кА KR 2 2" J3 (1,47+8,5+5,7) +(2+32+15) Расчет токов КЗ ПО кривым Приложения П 1 (7П 1 1 О дает тот же резуль тат. Не все из рассчитанных параметров нужны для выбора конкретных типов выключателей, это зависит от их каталожных данных. Здесь лишь дан пример их вычисления. 1 0,8б7 .11. 7 10.1 кА / 0,867 .4,5 3,9KA. Тепловой спад тока К3. При КЗ за кабелем он наrpевается и ero aK тивное сопРОтивление увеличивается. Вследствие этоrо ток КЗ уменьшает ся. Это явление называется тепловым спадом тока КЗ. Если сеть 0,4 кВ oc нащена быстродействующими токовыми отсечками, то теllЛОВОЙ спад обычно не учитывают из за несущественноrо влияния на значения токов КЗ. Однако если защита имеет вьщержку времени (например, резервная зашита), то важно оценить, не приведет ли тепловой спад тока КЗ к ее OT казу. Значение активноrо удельноrо СОПротивления кабеля r yII9 c учетом ero HarpeBa при КЗ дО температуры [) можно определить по выражению: r YII 9 r уд20 [1 +а( .9 20)], (И 9) [де r уд20 активное удельное СОпротивление кабеля при температуре 20 0 с, мОм/м; а температурный коэффициент сопротивления, Ifc, IIрИНима ется для медных и алюминиевых жил равным 0,004. Если известно активное удельное сопротивление кабеля r YII 91 при температуре , ОТличной от 20 0 с, то значение активноrо удельноrо сопро тивления кабеля с учетом ero HarpeBa при КЗ дО температуры .9 можно оп ределить по выражению: r YII9 r YII91 [1 + a(.9 20)] l+a( 20) (2 20) Значения активноrо удельноrо СОпротивления кабелей дО КЗ можно принимать по табл. 2.5, в которой они указаны при температуре 650с "".",.." 37 (для достаточно напряженноrо режима работы сети). Температуру .9 к ' до которой наrpеется кабель в процессе КЗ, можно найти по кривым рис. 2 6, взятым из работ [31, 32], причем в работе [32] указано, что эти кривые по строены с учетом тепловоrо спада тока КЗ. "С (/ .! : 1X L J' # ' I I . I! I 1 I А . . I I АпЮМШШl1t-': Meиb I 1 r-- ' ," lf'I , I !;', ;1 5- I :1 Л t.t' ,'" +.. .СЬ,;..! ; "'''! I"h ;1 1- П ; ...1 I [" '.... I 1 , I I +! I : 200 1% 100 и... I i ! I i i , I I L I " , ' А I , T"TJ , '1 -ь' .2 о 1'104 2.101 3'\04 A2'C!MM Рис. 2 6. Кривые для определения температуры проводников при КЗ Сплошные кривые относятся к шинам и кабелям со сплошным жи лами штриховые к кабелям с мноrопроволочными жилами и вязкои про питк й которая увеличивает теплоемкость жилы и снижает ее температу ру. дл определения конечной температуры .9 к следует вычислить значе ние конечной тепловой функции As AK по формуле: В К AK +2' S [де Ан определяется по кривым рис. 2 6 для начальной темп ратуры про п КЗ ' В тепловой импульс характеризующии количество водника LТ H дО , к ' 2 КЗ А 2. S сечение П р оводника мм. тепла, выделенное током за время , с, , (2 21 ) Пример 2..3. Прuверить, насколько влияет тепловой спад тока на чувствитель ность ре]ервной максим %ной токовой зашиты при КЗ в конце ка б"IЬНОИ инии пита ния сборки. Кабель с алюминиевыми жилами сечением 3х120 мм длинои 50 М, []oд 000 В А 550' соп р отивпение питаю ключен за трансформатором мошностью 1 К', и к , ,О, . . ( Х О 1 Х Резе р вная зашиты выполнена с пuмощью реле тока РТАО и шеи СИСl емь L , т' t О 8 времени типа РВ ток срабатывания зашиты l с . з 3,8 кА, время срабатывания е,з . c Реш е н и'е. Вычисляем значения токов КЗ на сборке. Значения сопротивлении 8 6 О 2 Ом системы Хе 0,86 MO I, кабеля по т ансформатора пu табл. 2.4 Х Т , М м, rT м , р (2 11) О 057 . 50 2 8 5 М Ом r, О 32. 50 16 мОм. Ток металлическоrо формуле Х К , , ' ., к , (3) 400 10.6 кА, дуrовоrо КЗ КЗ по выражению (2 1): l к r;:; ) 2 ( 16) 2 ,,3 (8,6+0,86+2,85 + 2+
.<.,.-'\'.. . 38 39 по (2 3): / кR (3) 400 I 6,56кА. Коэффициент чувстви JЗ,,(8,6+ 0,86 + 2,85)2 +(2 + 16+ 15)2 тельности резервной зашиты при КЗ в конце кабеля составляет 0,87 . 6.56 1 3,8 1,5. Определим, насколько он снизится при HarpeBe кабеля током КЗ. Считаем, что кабель наrревается наиболее вероятным током КЗ, значение KOTOpO ro составляет по (2 5) / 32p (10,6+6,56)12 8,6 кА, и что начальная температура кa беля Из за напряженноrо режима работы и высокой температуры окружаюшей среды составляла 9" 65 0 с. По кривым рис. 2 6 находим, что температуре 65 0 с COOTBeTCTBY ет значение начальной тепловой функции Ан 0,55' 104 A 2 'c/MM 4 . Значение конечной тепловой функции по выражению (2 21) составляет А О 55 . 104 + 86002. ( О 8 + О 0 3)1 11202 О 98 4 2 4 к , , , , .10 А 'C/MM . Этому значению по кривым рис. 2 6 соответствует конечная температура 9 к 130 0 с. Активное удельное СОпротивление кабеля при этой температу ре составит по (2 20)' r. 0,32[1+0, 004(130 20)J . удэ 1+0,004(65 20) 0,39 MOMIM, активное сопро тивление кабеля составит 0,39 . 50 19,5 мОм. Поскольку поведение дуrи непредска зуемо, то в конце КЗ ток может снизиться до минимальноrо значения: /3) 400 KR I 6 кА, коэффициент чувствительности JЗ,,(8,6+0,86+ 2,85)2 +(2+ 19,5+ 15)2 зашиты при этом составит 0,87 . 61, 3,8 1,37. МОJl>"НО сделать вывод, что тепловой спад тока в данном случае не повлияет на работу зашиты, тем более, что ток возврата заши ты составит примерно 3,8 . 0,8 3 кА, rде 0,8 коэффициент возврата реле PT 40. Зна чительно опаснее прерывистый характер rорения дуrи, из за чеrо зашита, имеюш я BЫ держку времени, может периодически возврашаться в процессе КЗ. ДЛЯ предотвраше ния этоrо явления необходимо обеспечить задержку возврата зашиты, о чем подробно указано в разделе «Особенности выполнения лоrики МТЗ» rлавы 17. фаза нуль. Поэтому чаще используют приближенное выражение, peKOMeH дованное «Инструктивными материалами rлавrосэнерrонадзора» [33]: 1(1) И Ф к z. 1) (2 23) +4J пт 3 rде zпт полное сопротивление петли фаза нуль от трансформатора До точ О ' (1) ки КЗ, измеренное при испытаниях или наиденное из расчета, м м, ZT полное сопротивление понижающеrо трансформатора токам однофазноrо КЗ, принимается по данным табл . 2.4 или находится по выражению: z l) J ( Х 1Т + Х 2Т + х От )2 + (1)т + r 2T + r oT )2 , (2 24) [де ХIт и rl T индуктивное и активное сопротивления трансформатора TO кам прямой последовательности, мОм; Х2т и r2T то же обратной последо вательности, мОм; ХОт и rOт то же нулевой последовательности, мОм. Выражение (2 23) справедливо при большой мощности питающей энерrосистемы (Хе < О,lх т ). Если питающая энерrосистема имеет оrpани ченную мощность, то значения z l) увеличиваются с учетом сопротивле ния энерrосистемы: Z ) (XIt+X2r+Xo.-+2хе)2 +(1)T+r2T+rOT+2rJ2, (2 25) 2.5. Расчет токов однофазноro КЗ при питании от энерroсистемы Расчет тОl<ов од1l0фаЗ1l0Z0 металличеСI<ОZО К3. Переходное сопро тивление в месте повреждения не учитывается. Для однофазных КЗ воз можны два метода расчета точный и приближенный. Точный расчет производится по [12,28]: 1(1) 3И ф к (1)r. +r2r. +r o r.)2 + (Х п : +X2 +X o r.)2 ' (2 22) [де Ць фазное напряжение сети, В; rH:, rп; и rOI: реЗУЛЬТИрующее актив ное сопротивление прямой, обратной и нулевой последовательности до точки З, Ом; Xl:, Х2!: и ХО!: реЗультирующее индуктивное сопротивление прямои, обратнои и нулевой последовательностей, Ом. Формула (2 22) неудобна для расчетов, так как не дает возможности пользоваться замеренными на практике значениями сопротивлений петли а расчет тока однофазноrо КЗ выполняется по выражениЮ: [(I) И Ф к (1) ( 2 26) Zr. + Zпт 3 значения Z ) учетом можно принимать по табл. 2.9. Из табл. 2.9 видно большое различие опротивлений Z ) /3 трансфор маторов со схемой соединения обмоток Уlу.. и tJ.l'f. При небольшом co IIротивлении питающей энерrосистемы и близких однофазных КЗ значения токов однофазноrо КЗ после трансформаторов дlу. в примерно в три раза больше. чем после трансформаторов Уlу.., при этом они практически paB ны токам трехфазноrо КЗ. Поэтому для обеспечения чувствительности защит от однофазных КЗ применение трансформаторов tJ.J'f предпочти тельнее. Полезно запомнить, что для всех трансформаторов с одинаковыми схемой соединения обмоток и напряжением и к произведение SH.T'( zi 1 ) /3) в :::о const (с учетом сопротивления питающей энерrосистемы при co поставимом отношении сопротивлений хе/х т ), Отсюда можно найти значе ние zi l ) /3 для трансформатора друrой мощности, в том числе cTaporo ти
40 41 па. Например, для трансформаторов, имеющих llк 5,5% и схему соедине ния обмоток У/У-- при Хе / Х Т 0,1, В 27000. Следовательно, для тpaHC форматора Мощностью 750 кВ.А (при прочих равных условиях) zf!) /3 27000 / 750 36 мОм. Табл иц а 2.10 Полное удельное сопротивление Znт.уд петлн фаза IIУЛЬ для кабеля нлн пучка проводов с алюмннневымн жнламн прн температуре жнлы 65°С, MOMIM (29) ''" a 2 -&", Значение Znт.уд MOMIM при сечении нулевоrо провода, мм , равном '" ом :s: р.::Е ;z: t::::E '" о :r L., 70 95 120 '" о 4 6 10 16 25 35 50 U;z: 2,5 2,5 29,64 4 24,08 18,52 6 15,43 12,34 9,88 9,88 7,41 5,92 ...J.Q.... 5,92 4,43 3,7 3,35 25 5,19 3,7 2,96 2,54 2,22 4,77 3,35 2,54 2,12 1,8 1,59 3,06 2,22 1,8 1,48 1,27 1,13 2,01 1,59 1,27 1,06 0,92 95 1,45 1,13 0,92 0,78 1,37 1,05 0,84 0,7 0,62 0,99 0,82 0,67 0,52 0,95 0,73 0,59 0,51 185 Таблица 2.9 Значення zp /3 для расчета металлнческнх однофазных КЗ прн разлнчной электрнческой удаленностн трансформаторов от нсточннков цнтання Схема co Трансформатор Значения z ) /3, мОм единения обмоток SH.T, кВ.А И" % Хе О,lх т ХС :: Х Т Хе 2х т 400 4,5 65,96 75,7 86,66 У/У-- 630 5,5 43,77 51,65 60,5 1000 5,5 27,53 32,46 38 1600 5,5 16,9 19,73 22,92 400 4,5 19,07 28,94 40,1 ДjY- 630 5,5 14,8 22,76 31,68 1000 5,5 9,39 14,47 20,17 1600 5,5. 5,86 9,07 12,65 Примечание . Активное СОпротивление энерrосистемы не учитывалось. Сопротивление lIетли фаза нуль находят по выражению: ZIlT zIIТ.YII! "1 + Zпт.уд2 "2 + ... Примечание . При применении кабелей с медНЫМИ жилами табличные значения Znт.уд уменьшить в 1,7 раза. (2 27) Т а б л и Ц а 2.11 [де Zпт.уд удельное сопротивление петли фаза нуль каЖДоrо из последо вателыю включенных участков цепи от трансформатора до точки КЗ, IIринимается по данным табл. 2.10 2.14 или работы [29], мОм/м; ' длина этоrо участка, м. Значения уделыюrо сопротивления петли фаза нуль Шинопроводов принимают по заводским данным или по табл. 2.15. Сопротивление контактов шин, аппаратов, трансформаторов тока не Учитывается, поскольку расчет по выражениям (2 23) или (2 26) дает HeKO торый запас по току вследствие арифметическоrо сложения zv) /3 и zпт. При расчетах однофазных КЗ во ВЗрывоопасных помещениях вспомо raтельные проводники зануления (алюминиевые оболочки кабелей, сталь ные полосы) в расчетную схему не ВКЛючаются. Свинцовые оболочки Ka белей не Включаются в расчетную схему в любом случае, так как их не разрешается ИСПОЛЬзовать в качестве заземляющих ПрОВОДllиков. Полное удельное сопротнвление Znт.уд петлн фаза алю ннневая оболочка трехжш,ьных кабелей с бумажной изоляцней (без нулевон жилы), MOMIM 1291 - Значение Znт. для кабелей Число и сече Алюминиевых Медных Алюминиевых 2 Медных ние ЖИЛ, ММ Аr,АБ AAr, ААБ АШв ААШв 3х6 5,02 7,71 4,98 7,67 3хl0 3,33 4,95 3,31 4,92 2х16 2,35 3,36 2,31 3,33 3х25 1,81 2,46 1,79 2,44 3х35 1,39 1,85 1,37 1,83 3х50 1,09 1,42 1,07 1,4 3х70 0,84 1,07 0,83 1,06 3х95 0,67 0,84 0,66 0,83 3х120 0,57 0,71 0,56 0,7 3х150 0,42 0,53 0,44 0,54 3х185 0,36 0,45 0,36 0,45 3х240 0,31 0,37 0,29 0,36 1 1 '1 , I , I I ' 1, 1 . 1' , ' : !' 11 1, 1 ;11 j- .if. il, , i i 1, 1I ', '1
42 Таблица 2.12 Полное удельное сопротнвленне Znт.уд пет.")Н фаза нуль с учетом проводнмостн Iшюмннневой оболочкн четыреХЖIIЛЬНО.-О кабеля с бумажной изоляцней, MOMIM (291 Число и ce Значение ZnТ.YJI Значение Znт.уд для кабелей Число и сече для кабелей чение жил, ние жил. мм 2 мм 2 Медных Алюминиевых Медных Алюминиевых Аr,АБ AAr, ААБ Аr,АБ AAr, ААБ 3х6+1х4 4,74 7,49 3x70+lx25 0,61 0,87 3хlО+lх6 3,06 4,73 3х95+1х25 0,48 0,69 2х16+1хl0 2,01 3,08 3x120+lx35 0,41 0,58 3х25+1х16 1,38 2,1 3х150+1х50 0,31 0,45 3х35+1х16 1,06 1,57 3х185+1х50 0,27 0,37 3х50+1 х25 0,78 1,16 Таблица 2.13 Полное удельное СОПРОТlIвленне Znт.уд петЛII фаза трехжнльно.-о кабеля с алюмннневымн жнламн стальная полоса 40 х 4, уложеНllая на расстояннн 0,8 м от кабеля, MOMIM (291 Число и Значение Znт.уд. мOM/M, при Число И Значение Z,IТ.уд. MOMIM, при сечение токе однофirзноrо КЗ, А сечение токе одноФ зноrо КЗ, А ЖИЛ, мм 2 , 200 400 2500 жил, мм. 200 400 2500 3х6 8,8 8,37 3 х 70 3,25 2,79 2,34 3xl0 6,29 5,87 3х95 3,12 2,67 2,22 2х16 4,92 4,47 4,02 3х120 3,05 2,6 2,15 3х25 4,12 3,66 3,21 3х150 2,99 2,54 2,09 3х35 3,73 3,27 2,81 3х185 2,95 2,5 2,05 3х50 3,44 2,98 2,52 3х240 2,91 2,45 2,01 Таблица 2.14 Полное удельное сопротнвлеНllе Znт.уд цепн фаза нуль четырехпроводной ВОЗДУШIIОЙ лНlIНН с алюмннневымн проводамн, MOMIM (291 Фазный Рассятояние Значение ZnT. VП. MOMIM, при нулевом проводе провод фаза нуль,м A 16 A 25 A 35 A 50 A 70 A 95 A 120 0,4 4,86 A 16 1 4,87 2 4,88 0,4 4,01 3,18 2,76 2,43 A 25 1 4,04 3,21 2,79 2,46 2 4,05 3,23 2,81 2,49 0,4 3,59 2,76 2,53 2,01 1,78 A 35 I 3,62 2,79 2,57 2,05 1,82 2 3,63 2,81 2,59 2,08 1,86 43 б 214 Пvодол:жение та лиЦbl Фюный Рассятояние Значение ZnТ. VП. MOMIM, при нулевом проводе A 120 фаза нуЛЬ,м A 16 A 25 A 35 A 50 A 70 A 95 провод 0,4 3,25 2,43 2,01 1,69 1,47 1,35 A 50 1 3,28 2,46 2,05 1,73 1,53 1,40 2 3,30 2,49 2,08 1,77 1,58 1,45 0,4 2,21 1,78 1,47 1,28 1,15 1,08 A 70 1 2,25 1,82 1,53 1,34 1,21 1,14 2 2,28 1,86 1,58 1,39 1,27 1,20 0,4 2,07 1,66 1,35 1,15 1,02 0,95 A 95 1 2,11 1,71 1,40 1,21 1,09 1,03 2 2,14 1,75 1,45 1,27 1,15 1,09 0,4 1,58 1,27 1,08 0,95 0,85 A 120 1 1,63 1,33 1,14 1,03 0,93 2 1,67 1,38 1,20 1,09 1,00 I ,) li j \\f !j I Таблица 2.15 Полное удельное сопротивление =пт.уд цепн фаза нуль закрытых шннопроводов в стальном кожухе, мОм/м [29] ,\ I '! , !! I I I .Ь-< Размер Значение Znт.уд. MOMIM, при токе '" :lJlюминиевых однофазноrо КЗ, А, равном :I: о 1000, Тип шинопровода = f-< ЖИЛ В одной ::Е ,= 300 400 500 600 800 3000 фазе, мм Шинопровод с нулевой шиной четырехпроводНЫЙ) ШМАХ 65 600 80 х 8 0,3 0,33 0,3 0,28 ШР A 64 250 250 30х4 0,9 0,91 0,93 1,05 ШР А 64АОО 400 40 х 5 0,65 0,66 0,67 0,76 ШРА 64 600 600 60х6 0,6 0,61 0,62 0,7 ШОС 67 25 см. примеч. 7,22 Шинопровод без нулевой шины (т ехпроводный ШМА 59С 4000 2(160 х 12) 0,45 0,5 ШМА 59С 2500 2(120 х l0) ШМА IХ 1600 1600 120 х l0 0,5 ШМА 65 1600 2 (lООхl0) 0,49 ШМА 58 1500 2 (80 х 8) 0,51 0,55 ШМА IХ 1000 1000 80х8 0,6 0,6 ШМАХ 65 1000 120 х l0 0,58 0,58 0,53 ШРА 2 Ф 250 30 х 5 1,43 1,38 1,38 1,28 ШРААФ 400 50 х 5 1,25 1,2 1,2 1,15 ШР А 6Ф 600 60х6 1,1 1,05 1,06 1,0 2 : '1 ! Примечание . Шинопровод ШОС 67 выполнен медным проводом сечением 6 мм .
:s: ::з G '<:1 G ;>< О ::I: !1:: ;>< " о ::з '<:1 о .., :s: t= :::. G ::I: :s: .:s:c ..., j >< ;:; I Р' :>: .., :s: t= ::I: О G :s: :s: ::I: '< :>: .., :s: t= ::I: О G " О ::з '<:1 о .., :s: 0/ -<1:.; :;: :::1 ::1 = "с -0::= = '" 1!: g (1) ..., "с "'-& :z: о tr 2 g '"' о = :z: -о ..., (1) '" tr ;:; :: 6 g с = Е о n :z: ..., о :z: (1) n О ::;;J-& <5 ; -а о '"1 О с> О ..., ;>; @ w :о. ;J> n (1) . '< :z: '" = (1) (1) '" ..., :: о f;< :: 11 t O f r>g о :z: (1) tr >< :z: n g = -а (1) о ..., о = "'''' :: :о. о (1) ..., :z: о = '" =, JJ G .., М-:: ;>O 1 а:: о S tr' ::з о :::. ::I: о ..., О :>: о а:: ::з :::. G :>: " Р' " О ::з '<:1 о .., :s: t= :::. G ::I: :s: :>О " G .., .::>: -d Р' ::I: " >& о '<:1 а:: .g Р' .., М-:: ;>O 11 N ""3 + N .., + W " N ..., .... + о..., .... ....... "' ;>0-:::; 11 W ' м>-Ь ;>O + -&с::; .., " .... + N ,,"" + W ,, -.....- N + ,....... N >< ;:; + 6< .... + N ,,>< -.....- N r;:> W -!:; ,....... r;-> W a::0'\'< ;; g .., ... о tr' " tr' :s: t= 8 ;;i t= '<:1 О :s: о g tt:I (") (О;><,<,,3 ;g 'g t= Е :>О .:s: ::I: .., :>::>:'< о :s: о w 'g 83Р' ..<: :s: '<:1 ; g: ::I: ::I: !1:: , ". p'W 0'\ '< -d " .., .g p'3 :>: " ::I: ::I: ;;jgG :s: :s:.g 1 ; .., а:: а:: :s: " ? :>: ':--'.J;;;.g р' <5 ::з р' .., о t= :3::З'<:l I"P''<:I'< .., t= :s: G о ::I: 0'\'" F " ;::; о g '< Е !;! '<:1 :s: 5:i Е: :S;: G 0;>< : :s: b:J;i; :>О .., :s: pj а:: G р' ;>< <> S ? 9 9 " :::. о О ::I: 0'\ :s: о <5 5j М-:: :s: ;>O t= ....... W :s: .... "N + .... N J'< + W ::з о :::. '< ..<: :s: ?; 11 М-:: ;>O :>: 1" '<:1 :s: >& а:: G .., :s: .1: G " :>: о а:: '< -d g G О w о :I: 1" " :s: а:: .., :>О G tr' .., t= g " ::з .., '<:1 .1: О О .., 'g;jo ::I: t= t= '< :::. !1:: ,<G'<:I t= :I: 1" g . c :s: ::I: .1: '< :s: :>О :s: w :>О !;: О s: О'\ст' Е q t= О ; -8 :s: о ::I: ;J t= G :::. :::. :s: :>О 1" <5 9 .., :s: >&(; 1" :>: w О 1" 3 :1:'<:1 s2] .ст' ::з ё5 9 G G " " .., .., tr' tr' :>: :>: :::1 о о о а:: а:: ::з ::з " " О::з :>О ::з о '" '<:1 :::. .., о ::I: :s: .., о t= :S:: .., е:: о '<:1 G " 1" :I: О :s: ::з G :>О '<:1 ::I: + ::з о :s: N (О"':>О W W "N ;;;;] t= + C::;:S::::. N w-&>&g N '::N :S:: ,, р':>О + d:: -d :s: "N S 1 ., ....tr" (') :s:: ::з >& t;J g.g ; '< а:: ..<: .g " р о 1" + + ж . 6'< ;>< .... 11 11 ,, J , .... ....... "' ;>0-:::; 11 N "3 ....... w :s: ::з G '<:1 G :S:C r;:> w 3 -«.. o"' o'" ооЫОооЫ 0000000 -8-dg:S:::I:JJ :S::::'ОР'::З:I:f;G 5:jtr' 'gS<t a::o >&..,G:S:c.., I""'p'o:s:t=". -d:::.] gс:S: "1" l"g::з " :>О :I: :s: 3 :s: о G I '2g:s:'2 c .g:S: '<:I ::З !1::a::"o:>OO :::, а:: 1" о а:: :;' G :s: О .., а:: о .., ...., :>: G :s:c G t:>.... " '" -= 2: : .g rg ; !:i 1-8 (O C:>: :S: :s:c-d ;] 1" ::I: :S: s:»::з:::' :;<:: ><' :I: ::I: :::. G w';i '<g s .. .., 1 о :S:C ;] 8 '<:1 ::з " ::I: а:: :s:c; g 'g sgз-8a c ]g,, o 'ggg (О-8' tJ 'g!:i gj tr't=;jg" :S:C (; t=g; -8:s:c g :I: :::. о <=> :>О ::з :s: G ,,'" а:: о -8:>ogj<t 1o " о J:: :>О :S:c:>: :S:C ;i9::I::::'°0 t=:S:';$:s:a::0'\0 :::. ::I:::з '<:1 t= G>&G:s::::'I" ::I: 1" t= :s: :;:! G :s:woono:::' .... ff2 e::s::crr -«.. g, g Q 3: g ;{ 9 "" 1!: '" .., ..., '" ::1 Q .. "с ....... '" w .., ос '< .1: ::1 '" "с а ::: 1!: "с ..., .. Q = Q .1: Q '" "1 Q "с :S:t '"' ::: .1: '" ::: .. ..., .. "с ё Е '" '" .., "1 8 Q :::' '< :::' .., .. ..., "" '" = '" ос '" Q '< .., "1 ;! ::: v:> :t :: ;5 -& о -о :: '" ..., о -о .g .. '" i Q .. ..., Q "" Q ..., :: .., ..., Q .1: '" :: Q .. ::1 ::: ..., .. '" ::: ос r;:> N W "::--' VlVIVI+::-.VIVIV\-J:;:..::;r; VlV\V.V.VlVlV.v. " ,....... N N '" -.....- .......\D !:3N .......].... V\.... ...- O\ ,....... r;-> w -.....- :s: ':' w 1" 1" '<:1 :s: >& а:: G .., :s: .1: G " :>: о ..., о >< .., v.--.JII o о +"-. >< .... w :z: '" '" (1) :z: = '" .., M ;>;)-:::; ....... W 6'< 11 6'< g 11 ;t, " + + ы!:;' 11 J"+ + ;:; ы+ + . II "II r +" '" + + :; l:" .... + + " :; + + ы J": + k w '" .. .1: '" '" ::: ос .., M ;>0-:::; ::з а:: ::з n '<:1 О G О Е ;;;-8 .., tr' :s: о ;j<5>&;i G:>:P't= " о w :::. :::. .., 1" G ,-<О:Ь= s g .ст' а:: ::з .., о '<:1 1" :s: :>: ::I: t= О G G :s: '2 е: g g ;: о (; .., t= '<:1 tr' .., .., О tr' О .., :>: ,., 1" :s: ::I: N::I: ....... \о tr' 3 п ;s: ::з :::. '<:1 :>О р' t= :>: " .., ,., :s: ;>< ..<: ,., t= " " :>: -d ,., ..<: w р' 1" <5 а:: Е .g :s: !1:: ;>< " :>О :I: '" ,....... N N ;в " " о .., " G .., :S:c !;; " n '< g <5.1:'<:1 ;] " :::. о ,., ::з S 'g :>О .., ::з :S:'<:I t= :>О :::. а:: G о S :S:c :>O t= ::I: О ,., 0'\ 8'<:1 :I: c а " :S:C :s: :s: :s: :I: s '<:1 ,., ,., t= ;>< О О :S:c tJ o tr' g n " О :::. ::з g 'g о .., t= :s: t= ,., :::. :::. ,., tr' gj :t :=с 9 :: О :: ...., '" Q\ '" " .:::: '" .... о, '< ::з n .1: О О ,., ,,::з " :::. '<:1 b:Jg !1:: о :s: " о '<:1 t= t= р' 1" :::. ::з .., ,., '<:1 ,., ,., ::I: О ::I: :::. :s: ;i :s: tr' :S:c t= ,., :::. ,,::з <> ..,::>: -; ::з -.....-'<:1 Е :s: :s:,., pj ;s:c c О !1:: t= f; " .., :s: :::. 1" :s: " :>О 0'\ " ;:l :::. <t а::::з а:: !1:: '2 !'-> !1:: :>:",>< о ;j . r. ..<: :s: ,., " :>: :s: ;>< -d n " :s:>& .., о g]'2 g; о о ,., ,,'<:1 .., О 1" О ::з. .t= '<:1 ::з о ,., ::з ] о t= ;>< w :::. о t= " ,., о ::з :I: :t О , := е:: ('D :S:c ,., .., -- - ::O=:;;;;; ,..--т--=' ::I:t=t="' :s: , ?" u .., ;: '" :S:: :S:"'S!"tI w,.,,<S!o> :s: 2 " 0\ с>' ... ;Jg:I::- S! 9 ::з n '" .I:'gt=::З0> 3;i.a 3 1" О ... о> :>: ,., Е <::> о S ::I: ... "'":;:!; tJ (о::>: :::::: ;>0-:::; о . ,., а:: <::> <::> 11 >& {;t Е5 .., о ... '" 1" :;,.::: + о о о 1" <::> ...., w ;:5 Е -8 (, '.... с::; G.:S:::: ...., -& ':;<:::s:cg а::;:?:' + w",.,a:: w '<:I:S::::'''';: о !;; -d",'" ,.,,.,:S::S:<::> ::I: а:: :>О :5 ::: ,:: tr' .., t;: '6 ... . o <::>::! :s: :>: ;>< S! <::> 1" " ;: ::: ::з о о -a ...::! ,., а !;; ::: <::> ;><>&:::. ): g 1" :>О '" <::> :t <5::: !1:: о Е ,., ;:5 ::: 8 ::Зwо';:;: 'g. ... .., '< :I: ;:, ;;S :s: :;: о '" ". t=::Jt=:::'" :::. !1:: !1:: 7 I I . N N -d 1" ::I: " >& о '<:1 а:: о '<:1 1" >< .., ::;- '<:1 :>О а:: о :s:c а:: 1" .., О w'<:l :I: 1" 1" ;i; О :t а:: :s: ,., :>О " .., N 1" 3 :;<:: .......w w " '< ..<: ,., .., о а:: " ;>< .., о :s: g ;: ,., (; gj " ,., о ::з ::з :s: -а .., о '" ;i <5 t= Е :::. ,., :s::c :;: " l': N <t :j а:: !1:: .......NNt,.;..)Nt,.;..)V"loof:- .00 )о У' :-J .?" :-J.:---- 11 t 3N >< 9 J: 8; "11 tw .Ng:: .... v. а:: О а:: :s: t= w 1" t= :s: " :s: а:: о " .., :s: о .., " о о .., ::I: О 8 ,., ::I: :s: :>О 1 " о ::з '<:1 о >-J :s: t= :::. ,., ::I: :s: G ::з ,., g :s: >& 1" w 1" :1: '< :::. tr' о .., """ """ .., о :>: 1" а:: ::з '<:1 :>О а:: о :S:c ::з о " :::. ,., о t= р' .., ,., :::. tr' ::I: О " .., :s: >-J :::. о ,., :>: :t 1" :s: а:: ,., -d :::. 1" ,., ::I: t= " 0>& :S:c о g] " 1" :::. .., ,., о '<:I О 1" d ;:l а:: :::: ::з 0'<:1 " :>О ;i а:: о ..., ;s:c ,,>< g " I :::. р' ,., :>: .., о :s: t= t= :t ,., О :::. ,., tr' :s: :s: " ::I: .., :s: '< 6' :s: "1 t= >< ::I: <=> О .... ,., 1 " .., g о '9 """ и> -d 1" " ::I: I g о '<:1 '<:1 ,., , , ";;;!i
46 47 Реш е н и е. Значение 41 13 можнu принять по табл. 2.16, однако в учебных цe лях покажем ход ero вычисления, По табл. 2.4 для IIaHHoro трансформатора XIT Х2т 17,1 MO:w; rl T r2T 5,5 мОм; хот 148,7 мОм; rOт 55,6 мОм. Сuпротивление сис темы Хе 1,71 мОм; re '" О, RII 15 мОм. С учетом (2 32) имее м: zr J(2 .17,1 + 148,7 + 2.1,71)2 +(2 .5,5+ 55,6+3.15)2 3 3 . 72,4мОм. По формуле (2 31), приняв Zm О. имеем I 2311 72,4 3,2 кА. Для сравнения найдем этот rOK по кривым приложения (рис. ПI I, в). Вначале вычисляем отношение сопротивлений (прямой последовательности) системы и тpaHC форматора: Хе l XT 1,711 17,1 0,1, По сплошной кривой на рис. ПI I, в наХОIlИМ, что при этом отношении для трансформатора Y/Y- мошностью 400 кВ'А. I 3,2 кА, Т.е. получаем тот же результат. rде [к,дв длина кабеля, питаюшеrо двиrатель; (,еб длина кабеля, пи таюшеrо сборку; SK.IIB и Sк-еб соответствующие сечения кабелей. Можно найти ток КЗ без вычисления [р непосредственно по rpафику, как показано на рис. Пl 2, а. Сначала находится ток КЗ в конце кабеля, пи тающеrо сборку (точка А). Через точку А проводится rоризонтальная пря мая до пересечения с кривой, соответствующей сечению питающеrо дви rатель кабеля lточка Б). Прибавив к координате [Б длину питающеrо дви rатель кабеля [к,дв' по кривой, соответствующей сечению этоrо кабеля, Ha ходим ток КЗ на зажимах двиrателя (точка С). Если напряжение КЗ или мощность установленноrо трансформатора отличается от принятых при построении кривых. то следует подобрать ближайший трансформатор, исходя из равенства их сопротивлений. Ha при мер, для трансформатора мошностью 1000 кВ, А, llк 8%, ZT 0.013 Ом (0.4 кВ). Следовательно, можно пользоваться rpафиками для трансформа тора 630 кВ'А, llк 5,5%, имеюшеrо ZT 0,014 Ом. Кривые токов однофазных КЗ построены для соотношения сопротив пения (прямой последовательности) системы и трансформатора XelXT 0,1. Стрелками обозначена область, в которой можно по этим кривым находить токи при Хе ::: 2х н при этом поrpешность в определении тока КЗ не превос ходит 15% при малых длинах и больших сечениях кабелей и 5% для больших длин или малых сечений кабелей. Приближенные значения токов однофазных КЗ дЛЯ трехжильных Ka белей с алюминиевой оболочкой можно находить по кривым для четырех жильных кабелей с алюминиевой оболочкой, при этом полученное по кри вым значение тока следует уменьшить на 15% для больших и на 5% для малых сечений кабелей. Если при определении токов однофазных КЗ при совпадении сечений фазных жил сечение нулевой жилы кабеля меньше приведенноrо на rpa фиках, то ток КЗ следует находить для кабеля, имеющеrо меньшее сечение нулевой жилы, независимо от сечений фазных жил. При этом поrpешность в нахождении тока будет наименьшей и идет в запас расчета чувствитель ности защиты. 2.6. Определение токов К3 по расчетным кривым В приложении приведены расчетные кривые, 110 которым можно най T значеllИЯ Токов КЗ на шинах. КТП (рис. П1 1) и в сети 0,4 кВ (рис. Пl 2 Пl 10) после трансформаторов напряжением 6(1O)/O,4KB, мощностью 1600 кВ.А (и к 5,5%), 1000 кВА (и к 5,5%), 630 кВ.А (llк 5,5%) и 400 KB A (llк 4,5%) в зависимости от соотношения сопротивлений пи та',?шеи системы и трансформатора, длины, конструкции и сечения кабе леи 0,4 кВ с учетом и без учета roкооrpаничивающеrо действия дуrи в месте 1I0вреждения. Кривые рис. П1 17П1 1O 1I0строены по приведенным выше выражениям с использованием данных, приведенных в таблицах. Штриховыми линиями показаны токи металлическоrо КЗ, сплошными с учетом переходных сопротивлений, равных 15 мОм. Активное сопротив ление энерrосистемы и СОllротивление шин 0,4 кВ не учитывалось. Все кривые даны для кабелей с алюминиевыми жилами. Для нахождения тока КЗ за кабелем с медными жилами по этим кривым необходимо уменьшить ero расчетную длину в 1,7 раза. Для пользования кривыми предварительно необходимо определить соотношение сопротивлений питающей системы и трансформатора: ин дуктивных XelXT или полных ZeIZT' последнее при значительном активном сопротивлении системы (например, наличии протяженных воздушных или кабельных линий 6 или 1 О кВ). Если кабель питает сборку, а от сборки питается двиrатель через Ka бель друrоrо сечения, то ток КЗ на зажимах двиrателя можно определить, пользуясь этими же кривыми по условной расчетной длине кабеля, имею щеrо такое же сечение, как кабель питания двиrателя: [ [ 1 SK.IIB Р К-ЛВ + к-еб (2 33) Sк-еб 2.7. Расчет токов К3 при питании от reHepaTopOB собственных электростанций Собственные электростанции предназначены для электроснабжения при потере основных источников питания и обычно имеют небольшую мошность. Они подключаются либо непосредственно к шинам 0,4 кВ (aBa рийные reHepaTopbI), либо через понижающие трансформаторы 6/0,4 кВ. Расчет токов КЗ выполнястся только С целью выбора уставок и проверки чувствительности и селективности действия защит, так как по отключаю I ...
48 49 щей способности аllпаратура рассчитана на работу от более мощных oc новных источников питания. В зависимости от расчетных условий максимальным может оказаться ток однофазноrо или трехфазноrо КЗ, минимальным ток тpex . ДBYX или однофазноrо КЗ. Например, ток однофазноrо КЗ может оказаться макси мальным (по сравнению с друrими видами КЗ) на зажимах [енератора и минимальным в удаленных точках сети. Расчет токов междуфаЗIIЫ-Х кз. При близких КЗ в [енераторе воз никает переходный процесс, сопровождающийся изменением во времени периодической составляющей тока. С удалением точки КЗ от [енератора это явление становится незаметным (как при питании от энерrосистемы). Электрическую удаленность однозначно характеризует расчетное резуль тирующее сопротивление до точки КЗ в относительных единицах Z'P' при веденное к суммарной мощности параллельно работаюших [енераторов: SI: Z'P ZI: ' (2 34) иср [де ZI: суммарное сопротивление всех элементов цепи КЗ, включая [cHe раторы, мОм; SH.rI: суммарная мощность параллельно работающих [eHe раторов, кВ, А; иcp cpeДHee напряжение той ступени, к которой отнесено ZI;,B. Обобщенные кривые зависимости периодической составляющей тока КЗ, отнесенной к номинальному току reHepaTopa [к., l к1 / l нл от расчет Horo сопротивления Z.p (Х. р ) и времени от начала КЗ t для маломощных [енераторов приведены на рис. 2 7. Кривые учитывают действие при КЗ устройств автоматическоrо реrулирования (АРВ) и форсировки возбужде ния (ФВ) [енераторов. Эти устройства должны быть постоянно в работе. Сопротивление Z.p 0,65 называется критическим. Если z.p < 0.65, то электрическая удаленность КЗ считается неболь шой. При применении аварийных [енераторов напряжением 0,4 кВ такое соотношение характерно дЛЯ КЗ на зажимах [енераторов, шинах КТП и основных сборках 0,4 кВ. Упрощенную картину процессов, про исходящих при КЗ в этих точках, рассмотрим на примере внезапноrо трехфазноrо КЗ. В начальный момент КЗ индуктивное сопротивление [енератора резко уменьшается до сверхпе реходноrо (начальноrо) значения x;j, а затем постепенно увеличивается до переходноrо Хд и, наконец, до установившеrося Xd' Это вызвано COOTBeT ствующим изменением маrнитных потоков в [енераторе. Маrнитное поле статора [енератора, созданное током КЗ и ранее не существовавшее в Ma шине, вызывает по закону Ленца появление встречных полей в обмотке возбуждения и в успокоительной обмотке, вытесняющих маrнитное поле статора на пути рассеяния. По мере затухания встречных полей маrнитное поле статора постепенно проникает сначала в зону успокоительной обмот ки, затем в зону обмотки возбуждения. Этот процесс сопровождается YBe личением сопротивления обмотки статора от x;j до Хд и Xd и COOTBeTCT вующим уменьшением тока КЗ от сверхпереходноrо до переходноrо и, Ha конец, установившеrося. Наряду с этим при снижении напряжения (вслед ствие КЗ) вступают в действие устройства АРВ и ФВ [енератора, которые стремятся восстановить напряжение на ero зажимах увеличением тока воз буждения и, следовательно, эдс. l l ;1 O 00.2 0,3 0.4 0,5 0.6 1 Рис. 2 7. Расчетные кривые изменения токов КЗ дЛЯ reHepaTopoB малой мошности с АРВ (сплошные линии трехфазное КЗ, штриховая двухфаз ное при t со, время t в секундах) Однако вследствие небольшой электрической удаленности КЗ устрой ства АРВ и ФВ не MorYT восстановить напряжение на зажимах [енератора до номинальноrо, несмотря на увеличение тока возбуждения до предель Horo. На изменение тока КЗ во времени больше влияет увеличение сопро тивления [Снератора, чем увеличение ero эдс. Происходит снижение (за тухание) тока КЗ с течением времени от сверхпереходноrо (начальноrо) [кО (t О) дО установившеrося [КОО (t (0). Например, при КЗ в точке, соответствующей Z'p 0,3, ток КЗ 1 6 3,7; 1(3) 2 12 1(3) 2 35 (р ис 2 7 ) Заметим что вследствие инерционности 1(.0.5 "к*оо' .. ,
......... 50 51 устройств АРВ и ФВ они не влияют на начальное значение тока. их дейст вие будет заметно спустя примерно 0,2 с после начала КЗ и особенно в установившемся режиме КЗ. Поэтому при КЗ в рассмотренной точке зна чение тока при ( 00 несколько больше, чем при 1 0,5 с. Минимальным значением тока оказывается установившийся ток трехфазноrо КЗ ero значение всеrда меньше установившеrося тока ДBYX фазноrо КЗ, а при КЗ на зажимах [енератора меньше тока однофазноrо КЗ [34]. это объясня ся тем, что индуктивные сопротивления [еllератора обратнои Х2 и нулевои ХО последовательностей, которые учитывают при расчете несимметричных КЗ, не изменяются в процессе КЗ, а 110 значению они значительно меньше индуктивноrо сопротивления [енератора прямой последовательности в установившемся режиме Xd . Кривые изменения токов при трехфазных КЗ на рис. 2 7 взяты из работы [35]. Кривая токов при двухфазном КЗ при f со и всех lначениях Z,p располаrастся между кривыми токов трехфазных КЗ 1 6 и I Ее можно получить, воспользовавшись кри вы:wи для трехфазных КЗ. правилом эквивалентности пря:wой ПОС.'Iедовательности [12J и известным выражением: 1(11) (11) / (11) к т кl rде 1 ") ток любоrо (п) несимметричноrо КЗ; m(n) кuэффиuиент. соответствуюший этому виду КЗ. для двухфазноrо КЗ m(n) т(2) JЗ; 1 ) соuтветствующий ток пря мой последовательности. Например. в точке сети, для которой Z,p 0,3, uтносительные значения токов трехфазноrо КЗ 1(3) 3 7' /3) 2 35 П К'О ., К'''' , . ри двухфазном КЗ в той же точке расчетнuе сопротивление слаrается из суммы сопротивлений прямой и обратной последоватеЛk ности, и составит Z,p 0,3 + 0,3 0,6. Пu кривым трехфазных КЗ для f со о 6 ...."'р , соответствует относительное значение тока прямой последовательнuсти 1(2) 1 65 K*l.x' , , таким ( разом, относительное значение устанuвившеrося тока двухфазноrо КЗ COCTaB ляет I K ,." .J3.1,65 2,85. В точке сети, для которой Z,p 0,65, имеем 1 ) '" I '" I .:;) , если же Z,p> 0,65. то I ) < 1 ;> < I . Z,p < 0,65, должна проверяться по установившемуся току трехфазноrо КЗ [ ;; . Если z'p2: 0,65, то КЗ считается удаленным. Обычно это соотношение соответствует КЗ на зажимах отдаленных электроприемников при питании длинными кабелями с большим сопротивлением. В этих случаях АРВ и ФВ способны восстановить напряжение на зажимах [енератора до номи нальноrо tпри очень удаленных КЗ вообще не вступают в работу), а изме нение сопротивления [енератора в процессе КЗ почти не влияет на значе ние тока КЗ. У становившийся ток трехфазноrо КЗ оказывается равным или несколько большим сверхпереходноrо (см. рис. 2 7). Ввиду небольшоrо [ (3) различия этих токов можно находить только ток ко' принимая с целью упрощения [ ) "" [ и [ ) "" [ "" 0,867 .[ :/. Таким образом. при КЗ в этих точках чувствительность защит от междуфазных КЗ, действующих с выдержкой времени, можно проверять при начальном токе двухфазноrо КЗ /2) == О 867. [(3) кО ' кО . Для защит, действуюших без выдержки времени. чувствительность при междуфазных КЗ проверяется при токе [ ) 0,867 .[ ) независимо от электрической удаленности точки КЗ. Таким образом, для расчетов защит следуст определить значения TO ков [ ) И [ ) (при ( О), а для защит, имеющих вьщержку времени и дей ствуюших в зоне ::'Р < 0.65, дополнительно и значение тока [ tпри ( oo). Для друrих моментов времени токи КЗ определять не требуется. Ток КЗ [ ) (в килоамперах) для любоrо момента времени ( определя ется по выражению: [(3) Е, k' .J3Z"L .J3 xf.+(r"L+RII)2' (2 35) у становившийся режим для маломощных reHepaTopoB может HaCTY пить менее чем за 0,5 с. Например. для [енераторов ST AMFORD напряже нием 0,4 кВ он наступает примерно через 0.1 0,2 с. Это время соизмеримо с врем:нем деиствия максимальных токовых защит reHepaTopa и приле rающеи сети 0.4 кВ, к моменту срабатывания выходных реле которых ток КЗ становится равным установившемуся. Поэтому для предотврашения отказо чувствительность действующих с выдержкой времени защит, в зо не деиствия которых расчетное сопротивление до места повреждения rде Е! линейная ЭДС reHepaTopa для момента времени 1, В; X L и r L pe зультирующее индуктивное и активное сопротивление цепи КЗ COOTBeTCT венно, включая сопротивление [енератора, мОм; Rn переход ное сопро тивление в месте КЗ, учитывается только при расчетах в сети 0,4 кВ, мОм. Для момента времени ( o ЭДС наrpуженноrо [енератора Ео U н..' (I + Х;; sin \он,! ); при cos \Он.,, 0,8 имеем \Он., 370 и sin\OH,' 0,6, тоrда Eo==U H . 1 ,(I+x;;.0,6). Учитывая, что номинальное напряжение [eHe ратора на 5% выше номинальноrо напряжения сети, а также, что КЗ может возникнуть и при ненаrpуженном [енераторе, обычно можно принять Ео ",(I+I,05)U H .,--
Индуктивное сопротивление [енератора (в миллиомах) для момента 1 О определяется по выражению: .. 1 / Х" ХdИ ., SH." 52 53 (2 36) (2 8) и (2 11). При наличии трансформатора в цепи КЗ все сопротивления приводят к одному базисному напряжению по выражению (2 6). В данном случае за базисное принимается напряжение 0,4 кВ, [де находится боль шинство расчетных точек КЗ. Переходные сопротивления принимают R п 15 мОм. Далее вычисляют результирующие сопротивления Xr и rr, находят полное результирующее сопротивление цепи КЗ Zr, а по формуле (2 35) начальный ток трехфазноrо КЗ / . Для момента времени t 00 ЭДС и сопротивление [енератора будут уже друrими, они зависят от удаленности КЗ. Для расчетов используют так называемый метод спрямленных характеристик [12, 34]. Вначале определяют уточненное значение критическоrо сопротивле ния: i I l' :\' I ':\ [де Sнx Р н ." / COS\OH., номинальная полная мощность reHepaTopa, кВ'А; Х;; сверхпереходная реактивность [енератора в относительных единицах; u".r номинальное напряжение [енератора, В. Параметры [енераторов приведены в табл. 2.17. Сопротивление по нижающеrо трансформатора и кабелей 0,4 кВ вычисляют по выражениям Параметры Р H.r, кВт SH.r , кВА И нл кВ /H.r, А п н , об/мин COS \OH,r ОКЗ кпд % xd,o.e. xd,o.e. Xd,o.e. х 2 ,0.е. Хо,о.е. r CT мОм /'в.пред О.е. т а б л и Ц а 2.17 Параметры маломощных .-енераторов аля reHe штооа типа 1000 1250 6,3 115 750 0,8 1,15* 94,56 0,192* 0,282 1,018 0,171 * 0,0763* 00 о r!. u L.-.. '" -о .ь L.-.. U 3500 4375 6,3 404 1000 0,8 630 787.5 6,3 72 375 0,8 1,1 93 0,18 0,281 1,172 -о '"7 "f or. L.-.. U -о со о 1 1" б о u rJ ..". N ..". = g U rJ 630 787.5 0,4 1138 1500 0,8 0,63* 0,167* 0,214* 1,9* 0,174* 0,054 2,18 10* o ..".0 M!..L. -о:::;:: U<c :I:!--< и 640 800 0,4 1156 1500 0,8 0,35 94,1 0,17 0,23 2,91 0,2 0,026 3,7 6,92 о ..".0 M!..L. -о:::;:: U<c :I:!--< и Х,'ооИ" н ZKp "" ' . (2 37) E,-cD Иr,н В этом выражении сопротивление [енератора X roo принимают равным величине. обратной отношению KopoTKoro замыкания ОКЗ (ОКЗ OTHO шение установившеrося тока КЗ на зажимах [енератора при токе возбуж дения холостоrо хода к номинальному току [енератора). АналоrиЧНо фор муле (2 36) x roo (в миллиомах) равно: и 2 X,W ОКЗН' н.r (2 38) ЭДС reHepaTopa Eroo (в вольтах) принимают увеличенной пропорцио нально относительному предельному току возбуждения /'в.пред (отноше ние тока возбуждения при форсировке к току возбуждения холостоrо хода reHepaTopa): l' 1 96 0,17 0,21 0,82 ..} L.-.. U 2500 3125 6,3 287 1000 0,8 0,8 95 0,16 500 625 0,4 903 1500 0,8 0,6* 94 0,14* 0,191* 1,92* 0,15* 0,047* 2,8 9* :1 :1 1; :11 11 : 888 1110 0,4 1604 1500 0,8 0,4" (2 39) Eroo И".н '/'в.пред' I I 0,14 0,2 2,51 0,2 0,023 1,9 6,56 Если внешнее сопротивление участка от зажимов [енератора до точки КЗ ZBH < Zкp (близкое КЗ), то имеет место режим предельноrо возбуждения, и значение тока КЗ / определяют по формуле (2 35), [де принимают Е, Eroo и Х" x roo . В частности, значение установившеrося тока трехфазноrо КЗ на за жнмах [енератора можно определить по выражению (2АО), которое He трудно получить из (2 35), подставив в Hero (2 38) и (2 39), при этом aK тивным сопротивлением reHepaTopa можно пренебречь: / ОКЗ, /'в.пред '/H.r' (2АО) Если внешнее сопротивление до точки КЗ ZBH 2: Zкp (удаленное КЗ), то имеет место режим нормалыюrо напряжения и значение тока КЗ опреде :1 , , r СТ активное сопротивление фазы статора при температуре 15"с. * опытные данные, 1 'в,пред [енераторов сдrм указано для системы самовозбуждения. ** расчетные данные.
54 55 ляют по формуле (2 35), [де принимают Е, И н . r , X r О. Обычно при КЗ в тих точках значение [ ;,; не рассчитывают, принимая [ ;,; '" [ ) (кроме особых случаев, например провсрки чувствительности пусковых opraHoB напряжения). При этом учитывают, что возможное увеличение тока [ ;,; по сравнению с [Ш (оно не превышает IO 20%) идет в запас чувствительно сти максимальных токовых защит, а также компенсирует влияние друrой подключенной к [енератору наrpузки, сопротивление которой шунтирует КЗ, несколько уменьшая ток в месте повреждения и увеличивая ток [eHe ратора [12,34]. П р и отсутствии паспо р тных значений [ . и ОКЗ их Р екоме нду ется В.пред определить опытным путем [34]. Для IIриближенных расчетов можно использовать метод расчетных кривых [12, 35], позволяющий определить относительное значение тока КЗ дЛЯ любоrо момента времени в зависимости от расчетноrо сопротивления Z'P . Для этоrо по приведенным выше выражениям определяют =I:. а затем по выражению (2 34) расчетное сопротивление до точки КЗ Z'P в относи тельных еДИницах. По расчетным кривым на рис. 2 7 и значению Z'P Haxo дят относительные значения тока КЗ [К,! дЛЯ соответствуюшеrо момента времени. Значение тока трехфазноrо КЗ дЛЯ этоrо момента времени опре деляют по выражению: при этом ХС заменяют на Х!" вычисленное по формуле (2 36) и приведенное к напряжению 0,4 кВ. [ ) '= [K.JHI:, (2А 1) [де [нт. '= SH.rI: / ( .J3 И ср ) суммарный номинальный ток работаюших [eHe раторов, приведенный к напряжению И ср ступени, rде рассматривается КЗ, Т.е. к напряжению 0,4 кВ. Расчетные кривые на рис. 2 7 учитывают шунтируюшее влияние Ha rpузки, подключенной к [енераторным шинам. Следует иметь в виду, что этот метод можно использовать, если относительный предельный ток воз буждения не превышает 3--А, при больших значениях он может дать суще ственную поrpешность вычислений установившихся токов КЗ (см. далее пример 2 5). При расчетах токов КЗ в сети 0,4 кВ, питающейся от reHepaTopoB мощностью менее 400 кВт, переходные сопротивления Rn можно не учи тывать, в этом случае они почти не влияют на значения токов КЗ. При lIитании от [енераторов напряжением 6( 1 О) кВ через понижаю щие трансформаторы 6(10)/0,4 кВ расчетные кривые на рис. Пl l, а, Пl 2-'Пl 4 для определения токов трехфазных КЗ можно использовать лишь при Z.p 2: 0,65. Отношение хс /Х Т определяют, как указано ранее, но Пример 2 5. Определить сверхпереходный и установившийся токи КЗ с учетом переходных сопротивлений R п 15 мОм за кабелем 3 х 95 + 1 х 50 длиной 100 м с /L"Iюминиевыми жилами при питании от ,енератора типа сдrМ 12 42А. имеюшеrо спедуюшие данные: PII_C 630 кВт; SH.r 787 кВ'А; ИII_r 0,4 кВ; III.r 1138 А; x'd 0,16 О.е.; ОКЗ 0,63; l,в.прсд 1 о; rr;:: О. Реш е н и е. Индуктивное сопротивление reHepaTopa по формуле (2 36) Х С 0.1 6 . 4002 /787 32.5 мОм. Сопротивление кабеля по формуле (2 11) Х К 0,057 . 1 00 5,7 мОм; r K 0,405' 100 40 .5 мОм. Результируюшее сопротивление до точки КЗ ZI (32,5+5,7)2+(40,5+15)2 67,4 мОм. Ток кз при I О по формуле (2 35) 1 k 1,05 . 400 1 (.J3 . 67,4) 3,6 кА. Ток КЗ при ( 00 определяем ме тодом спрямленных характеристик Внешнее co противление ZB" 5. 72 +( 40.5 + 15)2 55,8 мОм. Сопротивление и ЭДС reHepaTopa по формулам (2 38) и (2 39) Xroo 40021 (0.63 . 787) 322,7 мОм; Eroo 400' 10 4000 В. Критическое сопротивление по формуле (2 37) Zкp '" 322,7 . 4001 (4000 ---400) 35,9 мОм. Поскольку ZBH > ZKP' то и:.rеем режим нормальноrо напряжения. Принимая в формуле (2 35) Е, И н . r , xr О, имеем I 'R 4001 (.J3 . 55,8) 4,14 кА. Однако из за шунти рующеrо влияния на.-рузки значение тока КЗ будет несколько меньше, поэтому можно принять I R "'/ R 3,6KA. Вычислим значения тока КЗ по методу расчетных кривых [35]. Расчетное сопро тивление по формуле (2 34) Z'P 67,4 . 7871 4002 0,33. По кривым на рис. 2 7 Haxo дим относительные значения тока КЗ 1 к'О 3,2; 1 К'ОО 2,25. Токи КЗ по формуле (2А 1) 1(3) 3 2.1 138 3 6 кЛ- 1(3) 2 25.1 138 2 6 кА что значительно меньше раесчи KOR " , , KcoR " , , TaHHoro ранее. Очевидно, что для ,енератора, имеющеrо I,в.прсд 10, определение yc тiшовившеrося тока КЗ по расчетным кривым на рис. 2 7 недопустимо, и ими пользоваться не следует. Если бы reHepaTop имел, например, I,в.прсд 4, то Eroo (3) 1600 В; zкp 107,6 мОм; ZBH < Zкp (режим предельноrо возбуждения) и I KooR 1 600 2,77 кА, что близко к значению, определенному по .J3 (322, 7 +5, 7)2 +(40,5 + 15)2 расчетным кривым рис. 2 7. Расчет токов однофазных кз. При расчетах быстродействующих защит (дифференциальной защиты нулевой последовательности reHepaTo ра, токовых отсечек) MorYT потребоваться значения сверхпереходных TO ков металлических однофазных КЗ. Ток однофазноrо металлическоrо КЗ
56 57 1. 1/ 1(1) ( кО в килоамперах) при питании от [енератора напряжением 0,4 кВ с rлу хозаземленной нейтралью можно определить по выражениям аналоrич ным (2 23) и (2 24): ' [(1) И Ф кО z l) (2 42) 3 + I\Т z l) ( 'ir + r 21 + r ol )2 + (XI' + Х 2 , + Х О1 )2 , (2А3) [де ИФ фазное напряжение, В; rlr, Xlr активное и индуктивное сопро тивления [енератора токам прямой последовательности М Ом ' r Х то , , 2r, 2r же обратной последовательности; rOr, ХО с то же нулевой последовательно сти; zпт сопротивление петли фаза нуль от [енератора до места КЗ, мОм. Активное сопротивление фазы статора [енератора с rлухозаземленной неитралью r CT rlr r2r rOr. Значение установившеrося тока однофазноrо металлическоrо КЗ He посредственно на зажимах [енератора и при близких КЗ в сети О 4 кВ 1(1) меньше сверхпереходноrо, однако эффект затухания токов во вре ени зн к : чительно меньше, чем при трехфазном КЗ. Это объясняется тем что при однофазном КЗ размаrничивающую реакцию якоря (статора) co дaeT ток только одно и фазы. Для примера на рис. 2 8 приведены заводские кривые изменения токов КЗ в функции времени на выводах reHepaTopoB типов HC634G и НСб34К производства фирмы ST AMFORD. По кривым видно, что для этих [енераторов кратность сверхпереходноrо тока по отношению к установившемуся для металлическоrо однофазноrо КЗ составляет Bcero 1,3, что значительно меньше, чем для трехфазноrо (2,5) или двухфазноrо (1,5) КЗ. Расчет установившихся токов однофазноrо КЗ можно выполнить, ис пользуя известное правило эквивалентности прямой последовательности [12] и кривые затухания токов на рис. 2 7 (см. пример 2 б). В большинстве случаев для проверки чувствительности защит требу ется рассчитать токи однофазных КЗ с учетом переходныХ сопротивлений [ . Такие КЗ характеризуются большой электрической удаленностью, по этому при расчете значений этих токов КЗ можно не считаться с изменени ем тока во времени и принимать [ R:::: [ R ::::[ . Ток однофазноrо КЗ (в килоамперах) с учетом переходпых сопротивлений можно определить по выражениям, вывод которых аналоrичен (2 31) и (2 32): (I) И Ф [KR (1) ZrR -+- Z 3 "т J 11"; ,lI' 'II'! 1 1' '.1 I :1 (2А4) :I а) б) (1) ( ) 2 ( -+- ) 2 ( 2 45 ) Z'R 'ir + r2r + r o ,- + 3R H + X 11 - + Х2, Х о ,- - Выражения (2 42) и (2А4) удобны тем, что позволяют использовать практические измерения и справочные данные по сопротивлению петли фаза нуль, Заметим, что выражения (2 42) и (2 44) из за арифметическоrо сложе ния сопротивлений, указанных в знаменателе, дают некоторую поrpеш ность в сторону увеличения общеrо сопротивления цепи фаза нуль, то есть в сторону запаса. Этот запас компенсирует сопротивления мелких участ ков сети, которые часто не учитывают в приближенных расчетах (неболь шие участки шин от [енератора до rлавноrо щита 0.4 кВ и автоматов OTXO дящих линий, участки между автоматом, пускателем и тепловыми реле на вторичных сборках и т.п.). Ток однофазноrо КЗ в сети 0,4 кВ при питании от [енераторов напря жением 6 (10) кВ можно определить по выражениям (2 31) и (2 32), или по кривым на рис. Пl l, б, в, Пl 5';-ПI 10 приложения, при этом сопротивле ние системы заменяется сопротивлением [енератора. определенным по формуле (2 36) и приведенным к напряжению 0,4 кВ. 6 4 4 0.1 0,2 0.3 0.4 0,5 0,6 0,7 t, с Прнмер 2 6. Сравнить расчетные и экспериментальные значения токов однофаз Horo КЗ на зажимах .-енератора типа HC634G производства фирмы ST AMFORD, имеюшеrо бесшеточную систему возбуждения. Реш е н и е. Используя данные таблицы 2 17, вычислим индуктивное сопротив ление reHepaTopoB токам прямой, обратной и нулевой последовательностей. Рис. 2 8. Кривые изменения токов КЗ на выводах reHepaTojJoB напряжением 400 В типов HC634G мошностью 640 кВт (а) и НС634К мощностью 888 кВт (6), 1 однофазное, 2 двухфазное, 3 трехфазное КЗ J
58 59 По формуле (2 36) Xlr 0,17' 40021 800 34 мОм; Х2, 0,2' 40021 800 40 мОм; ХО , 0,026 . 40021 800 5,2 мОм; rlr r2r rOr 3,7 мОм. Значение сверхпереходноrо тока металлическоrо однофазноrо КЗ на зажимах re не р ато р а по формуле ( 2 42 ) составляет /(1) U Ф 8 6 7 А К (]) 80' к, + JЗ. 3 ПТ 3 здесь znт O и z l) ( з.з, 7)2 +(34 +40+5,2)2 80 мОм. По заводским кривым (рис. 2 8) / I) 9,2 кА, поrpешность расчета 6%, что вполне приемлемо для расчетов зашит, поскольку она компенсируется запасами в KO эффициентах чувствительности и возврата зашиты. Эта поrpешность объясняется тем, что при точиых расчетах значение Х2, нео бходимо корректироват ь в соответствии с ви дом кз [36], для однофазноrо КЗ x l) (Xd +0,5xo)'(X +0,5хо) 0,5xo' Для paCCMaT риваемоrо reHepaTopa X 0,2, x 1) 0,184 или 34,8 мОм, и точное значение / I) 9 кА, что практически совпадает с заводскими данными. Установившийся ток однофазноrо металлическоrо КЗ определим с помошью pac четных кривых рис. 2 7 и упомянутоrо выше правила эквивалентности прямой после довательиости. Соrласно этому правилу расчетное сопротивление для однофазноrо КЗ определяется как сумма прямой, обратной и нулевой последовательностей цепи КЗ по выражению: Z'p (Xlr + Х2, +Xo r )2 +(rlr +r2r + rOr )2 . S".rI: (34 +40 + 5,2)2 +(3.3,7)2 . 800 0,4 U Zp 4002 а значение тока однофазноrо КЗ по выражению / 3.1 К'! . / Н.' 3.2, 1.1156 7280 A 7,28 кА, .-де значение lK.t 2,1 соответствует Z'P 0.4 (см. рис. 2 7). Результат прак тически совпадает с заводскими данными. со.-ласно которым / 7,3 кА (рис. 2 8). Установившийся ток однофазноrо КЗ через электрическую дуrу определим тем же методо м, добавив составляюшую пер еходных сопротивлений R п 15 мОм: Z'p (32+40+6)2 +(3.3,7+3.15)2. 8002 0,48, / R 3.1,9.1156 6600A 6,6 кА, 400 влияют на значение установившеrося тока однофазноrо КЗ, это объясняется подав ляюшим влиянием сопротивления reHepaTopa в установившемся режиме. При этом зна чения сверхпереходноrо и установившеrося токов однофазноrо КЗ практически одина ковы. Отметим, что расчет значений токов однофазноrо КЗ на зажимах reHepaTopa / и / R по выражению (2 22) дает тот же результат, поскольку при Znт О, оно аналоrич но выражениям (2 42) и (2А4). Пример 2 7. Определить ток однофазноrо КЗ на зажимах reHepaTopa и за кабелем для условий примера 2 5. Дополнительные параметры reHepaTopa: х2 0,171 о.е.; хо 0.054 О.е. Кабель имеет непроводяшую оболочку. Реш е н и е. Индуктивное сопротивление reHepaTopa токам прямой, обратной и нулевой последовательностей по формуле (2 36) Xl r 0,16 - 40021 787 32,5 мОм; x2r 0,171 . 40021 787 34,8 мОм; XOr 0 ,054' 40021 787 11 мОм; rlr r2r rOr 2,18 мОм. По формуле (2 45) имеем Z (3.2,18+3-15)2 +(32,5+34,8+11)2 93,7MOM. Сопротивление петли фаза нуль кабеля по формуле (2 27) ZnТ 1,13 . 100 113 мОм. Ток однофазноrо КЗ на зажимах reHepaTopa с учетом переходных сопротивлений (1) 400 по формуле (2А4) /KR 7,4 кА. JЗ 3 Для металлическоrо КЗ (Rn О) z l) 78,6 мОм и / I) 8,8 кА. Ток однофазноrо КЗ за кабелем с учетом переходных сопротивлений (1) 400 (1) 400 /KR ( ) 1,6КАидляметаллическоrОКЗIКR ( ) 1,66KA J3 93,7 + 113 .J3 78,6 + 113 3 3 ,1 '1 почти одинаковы. 3. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ АППАРАТУРЫ, ЗАЩИТ И КАБЕЛЕЙ rде значение /K.t 1,9 соответствует Z'p 0,48. При этом имеем в виду, что значение 6,6 кА несколько занижено, поскольку кривые (рис. 2 7) учитывают кратность форси ровки возбуждения около 3 , а в нашем случае она равна 6,9 (см. также пример 2 3). Кроме Toro, эти расчетные кривые учитывают влияние наrpузки (в нашем случае она отсутствует), что также уменьшает расчетное значение тока КЗ. Если рассчитывать значение тока однофазноrо КЗ на зажимах reHepaTopa с учетом (1) U Ф 400 переходных сопротивлений по формуле (2А4),то l KR (I) 7,14 кА. rR JЗ. 3 + nТ 3 (1) I ( 2 2 rде znт O и zrR V 3.3,7+3.15) +(34+40+5,2) =97мОм. При учете вместо Х2, 40 мОм уточненноrо значения x I) 34,8 мОм получаем / 7,3 кА. что COOT вететвует заводским данным. Очевидно, что переходные сопротивления практически не В сети 0,4 кВ выбор коммутационной аппаратуры, защит и кабелей взаимосвязан. Для любоrо присоединения должны быть обеспечены: Т. Нормальный режим работы. Номинальные напряжения и токи аппа ратов и допустимые токи кабелей должны соответствовать номинальному напряжению и длительному расчетному току наrpузки. Исполнение аппа ратов и типы кабелей должны соответствовать условиям их эксплуатации. 2. Стойкость при КЗ. Аппараты и кабели должны быть стойкими при КЗ, а аппараты защиты надежно отключать расчетные токи КЗ. 3. Защита от всех видов КЗ. Параметры аппаратов защиты и кабелей должны обеспечивать достаточную чувствительность защитЫ ко всем ви дам КЗ в конце защищаемой зоны. Рекомендуется применять автоматиче ские выключатели с комбинированным расцепителем, элемент с зависимой характеристикой KOToporo является резервной защитой. Должны обеспечи ваться селективность (отключение только поврежденноrо участка), надеж
60 61 ность (срабатывание при появлении условий на срабатывание и несраба тывание при их отсутствии), быстродействие защиты. Быстрое отключение КЗ обеспечивает стойкость аппаратов и кабелей к термическому действию токов КЗ, снижает длительность перерывов питания электроприемников, облеrчает последующий самозапуск электродвиrателей, обеспечивает безопасность обслуживающеrо персонала, предотвращает ВОЗможность нарушения синхронной параллельной работы [енераторов, а также син хронных электродвиrателей. 4. Защита от ненормальных режимов длительной переrpузки элек тродвиrателей, подверженных переrpузкам по технолоrическим причинам, а также проводов и кабелей в случаях, предусмотренных ПУЭ [1]. При пуске и самозапуске электродвиrателей аппараты защиты не должны OT ключать цепь, а сечение кабелей должно обеспечивать достаточный для разворота электродвиrателей уровень напряжения на их зажимах. Кроме Toro, набор аппаратуры и ее конструктивное исполнение в uепи любоrо присоединения должны обеспечивать ВОзможность вывода в pe монт присоединения или аппарата защиты без остановки OCHoBHoro TeXHO лоrическоrо процесса. Выбор аппаратуры, защиты и кабелей данноrо присоединения выпол няют в следующем порядке: определяют наrpузки присоединения, место подключения, COCTaB ляют предварительную схему присоединения и ближайшеrо участка пи тающей сети; предварительно выбирают сечение кабеля при соединения по усло виям HarpeBa в нормальном режиме, проверяют ero достаточность по усло виям потери напряжения в нормальном режиме и при пуске электродвиrа телей, рассчитывают токи КЗ; предварительно выбирают тип и номинальные параметры защитно [о аппарата присоединения по условиям нормальноrо режима, стойкости и селективности при КЗ; рассчитывают уставки защиты, по результатам расчета уточняют тип и номинальные параметры аппарата защиты. Проверяют чувствитель ность защиты. При недостаточной чувствительности осуществляют спеuи альные описанные в последующих rлавах мероприятия, после которых может измениться сечение или конструкция кабеля, схема при соединения, номинальный ток автоматическоrо выключателя. При этом все расчеты выполняются заново; если присоединение предназначено для защиты сборки, то прове ряют стойкость при КЗ аппаратов, установленных на этой сборке; проверяют защиту электродвиrателя и кабеля от переrpузки (при необходимости) с возможным уточнением уставок защиты или сечения Ka беля; проверяют селективность защиты по отношению к выше и ниже стояшим защитными аппаратами с помощью построения карты селектив ности. 4. ВЫБОР СЕЧЕНИЙ И ДЛИН КАБЕЛЕЙ Условия выбора сечений и длин кабелей. Выбор сечений и длин кабелей выполняется по рассматриваемым ниже условиям. Окончательно принимаются те параметры кабеля, которые удовлетворяют всем этим yc ловиям. Условие допvстимоrо HarpeBa. В нормальном режиме HarpeB кабеля не должен превы ать допустимоrо. Для этоrо выбор сечения кабелей про изводят по таблицам ПУЭ [1], в которых приводятся значения сечений и соответствующие им допустимые длительные токи наrpузки для кабелей различных конструкций. Значения допустимых длительных токов указаны для определенных (нормальных) условий работы кабелей и их прокладки. При отклонении от этих условий значения допустимых длительных токов, приведенные в таблицах, должны быть умножены на приводимые в ПУЭ поправочные коэффициеиты, учитывающие характер наrpузки (при по BTopHO KpaTKOBpeMeHHOM и кратковременном режимах работы электропри емников), отклонение температуры окружающей кабель среды от расчет ной, количество совместно проложенных кабелей и тепловые характери стики rpYHTa, в котором проложен кабель. Условия обеспечения нормальноrо напряжения на зажимах элек тродвиrателей и друrих электроприемников. В нормальном режиме ce чение и длина кабеля должны обеспечивать отклонение напряжения на за жимах электродвиrателей не более ::1::0,05 Ин.дв' Падение напряжения в Ka беле определяется по выражению: дИ 1 0 3.J31 . Z(r уд costp+ Худ sintp), (4 1) [де 1 ток наrpузки, А; Z длина кабеля, м; rp уrол наrpузки, ... о; Худ и r уд соответственно индуктивное и активное удельные сопротивления кабе лей, принимаются по табл. 2.5, мОм/м. Поскольку на шинах 0,4 кВ должно поддерживаться напряжение l,05И н .дв (т.е. 400 В), то при напряжении на зажимах электродвиrателя 0,95% И н . дв 0,95' 380 361 В общее падение напряжения в сети может составить 10%. Учитывая это обстоятельство, из выражения (4 1) можно найти предельную длину кабеля для любоrо KOHKpeTHoro случая или уточ нить ero сечение. Условия пуска электродвиrателя. Сечение и длина кабеля должны обеспечивать нормальный пуск электродвиrателей. Пусковые токи созда ют увеличенную по сравнению с нормальным режимом потерю напряже ния в питающем кабеле, в результате чеrо напряжение на зажимах двиrа
62 63 теля снижается. Возможность разворота двиrателя определяется значением остаточноrо напряжения и ост на ero зажимах. Считается, что пуск элек тродвиrателей механизмов с вентиляторным моментом сопротивления и леrкими условиями пуска (длительность пуска 0,5 2c) обеспечивается при иост?0,7ин.Дв, (4 2) Это условие выполняется, если (что удобно для практич ской провер ки) 1 нн/lпуск.дв:2: 2, rде 1 3 ин ток трехфазноrо металлическоro КЗ на зажимах электродвиrателя при минимальном режиме работы питающей системы; [пуек.дв пусковой ток электродвиrателя (каталожное значение). Пуск электродвиrателей механизмов с постоянным моментом сопро тивления или тяжелыми условиями пуска (длительность пуска 5 1 Ос) обеспечивается при КЗ на расстоянии 20 м от начала кабеля, как это рекомендовано в работе [37]. При этом учитывают ток дуrовоrо, а не металлическоrо КЗ. Минимальное допустимое сечение кабеля (в квадратных миллимет рах) по условию термической стойкости составляет: .JE: .1000 (4А) Sмин С ' rде В К тепловой импульс тока КЗ, кА2.с; С постоянная, принимается по табл. 4.1 или рассчитывается по выражению (4 5): с -J Амаке ' (4 5) [де А и А тепловые фу нкции пе р вая соответствует максимальной макс н ' допустимой конечной температуре при КЗ, вторая продолжительно дo пустимой (начальной) температуре, определяются по кривым рис. 2 6. и ост ?' О,8и н . дв , (4 3) Это условие выполняется, если (что удобно для практической провер ки) 1 ии/lпуек.дв :2: 3,5. Условия работы при К3. При построении схемы учитывают, что TO ки КЗ в конце кабеля 0,4 кВ значительно снижаются. Поэтому при пита нии сборок подбором сечения кабеля можно обеспечить уровень токов КЗ, соответствующий стойкости установленных на сборках выключателей. Наряду с этим при недостаточной чувствительности защитных аппаратов сборок, электродвиrателей и друrих электроприёмников к токам КЗ в KOH це кабеля ее увеличение часто достиrается увеличением сечения кабеля (но не более чем на одну две ступени), так как это приводит к увеличению тока КЗ. Кабели должны обладать достаточной термической стойкостью при КЗ, что обеспечивается быстродействием защит и подбором сечения и KOH струкции кабеля. Практика эксплуатации показывает, что целесообразно выполнять проверку термической стойкости кабелей при отключении КЗ основной заuцитой при соединения и проверку невозrорания кабелей при отключении КЗ резервной защитой, хотя по ПУЭ дЛЯ сетей 0,4 кВ этоrо в настоящее время не требуется. Проверка тер ,шческой стойкости кабелей при отключении К3 OCllOв ной защитой присоединения. Соrласно ПУЭ дЛЯ сетей напряжением выше 1000 В термическая стойкость проверяется при КЗ в начале кабеля. Однако для сетей напряжением 0,4 кВ это требование приводит к такому завыше нию сечений кабелей по сравнению с выбрю.IНЫМИ по условиям допусти Moro HarpeBa в нормальном режиме и экономической плотности тока, при котором выполнение сети становится проблематичным. Кроме Toro, это приводит к неоправданным материальным затратам. Поэтому за расчетную точку при проверке на термическую стойкость uелесообразно принимать Таблица 4.1 Постоянная С для кабелей [30] Расчетная температура Постоян проводника Изоляция и конструкция кабеля Материал ная С Начальная Конечная жилы Ас°.5/мм 2 .9ДОII.дл .9 к Кабели со сплошными жи Алюминий 92 65 200 лами и бумажной пропи Медь 140 65 200 танной изоляцией Кабели с мноrопроволоч Алюминий 98 65 200 ными жилами и бумажной Медь 147 65 200 пропитанной изоляцией Кабели с поливинилхло Алюминий 75(77*) 65 150(160) ридной или резиновой изо Медь 114(120") 65 150(160) ляцией (цирк.) Кабели с полиэтиленовой Алюминий 62 65 120 изоляцией Медь 94 65 120 Кабели с изоляцией из Алюминий 105" 65 250 вулканизированноrо поли Медь 161" 65 250 этилена t " расчетное значение по кривым рис. 2 6. Данные в скобках приняты по работе [37]. Тепловой импульс тока КЗ дЛЯ рассматриваемоrо случая определяется по выражению: В К == ( 1 3J)2 (t UП <J1 + Т а . э ) + [ 0,3. 1 3J '[ B + О, 1 ([ B)2]. lоткл, (4 6) J
б4 65 [де /ОТКЛ время отключения КЗ, с; Т а . э эквивалентная постоянная BpeMe ни затухания апериодическоrо тока КЗ от удаленных источников, прини мается равной 0,02 с; [ расчетный ток, для дуrовоrо КЗ через переХОk ные сопротивления, определяется по выражению (2 5), кА; I B начальное значение периодической составляющей тока подпитки от электродвиrате лей. При расчете тепловоrо импульса в случае отключения КЗ основной защитой присоединения необходимо учитывать нс только токооrpаничи вающее действие дуrи в месте повреждения, но и для несслективных TO кооrpаничивающих выключателей характеристику токооrpаничения (ток КЗ может не достиrать расчетноrо значения), а для селективных выключа телей с трехступенчатой защитной характеристикой возможность быст poro отключения при близких КЗ «(откл меньше уставки по времени селек тивноrо срабатывания). Проверка lIевОЗ20раllUЯ кабелеЙ при отюючеllllU К3 резервllОЙ защи той. Выполняется с целью предотвращения пожара в кабельном хозяйстве при отказе основной защиты кабеля, коrда КЗ отключается резервной за щитой со значительно большей выдержкой времени. Методика такой про верки приведена в циркуляре [37], выпущенном РАО «ЕЭС России» в 1998 [. За расчетный принимается ток КЗ в точке на расстоянии 20 м от начала кабеля, при этом также учитывается ток дуrОВоrо (а не металличе cKoro) КЗ. Порядок проверки. По выражению (4 6) находят тепловой импульс в к , затем по выражению (4 7) значение коэффициента k: k )b.B K ) S2 ' :;:00 .... ..ф . , . 1 ш f 9 1 \.. l ос 50 100 150 Рис. 4 1. HOMorpaMMa для опреде;IеНIIЯ конечной температуры кабеля пос. е отключения КЗ (4 7) rде .9() фактическая температура окружающей среды во время КЗ, ОС; .9 значение Р асчетной длительно допустимой температуры жилы, ДOI1 принимается для кабелей напряжением 0,4 кВ с бу!"ажной п опи аIllЮЙ изоляцией равной 80 0 С, дЛЯ кабелей с пластмассовои изоля иеи 70 С, дЛЯ кабелей с изоляцией из вулканизированноrо полиэтилена 90 С; .9 0кр зна чение расчетной температура окружающей среды lвоздуха) 25 О С; [раб значение тока перед КЗ; [0'1011 значение расчетноrо длительно допустимо ro тока, А, принимается по таблицам, приведенным в [37]. Полученное значение .9 к сравнивают с данными табл. 4.2, после чеrо делается соответствующий вывод. Температуры невозrорания кабелей, указанные в столбце 2, пол!чены опытным путем. Если расчетное значение .9 к не превышает значении, при ведеНIIЫХ в столбце 3, то кабель приrоден к эксплуатации; если находится между значениямИ, указанными в столбцах 3 и 4, то допускается ero экс плуатация в течение rода (после ремонта и испытаний); если превышает значения, приведенные в столбце 4. то кабель неприrоден к эксплуатации и должен быть заменен. ОДllако эта методика проверки кабелей на невозrорание при действии резервной защиты подверrлась критике в работе [38], rде указано. что она недостаточно отработана и приводит к необоснованному завышению ce чений кабелей и значительным материальным затратам. [де Ь постоянная, характеризующая теплофизические характеристики материала жилы кабеля, принимается равной для алюминиевых жил 45,65, 4 2 2 для медных жил 19,58 мм /(кА 'с); S сечение кабеля, мм . Далее на HOMorpaMMC (рис. 4 1) проводят вертикальную линию от Ha чальной температуры кабеля на оси абсцисс .9 н (например, 65 О С) дО пере сечения с прямой, соответствующей найденному значению коэффициента k. От этой точки проводят rоризонтальную линию до пересечения с осью ординат, по которой находят конечную температуру кабеля .9 к после OT ключения КЗ. Значение начальной температуры жилы дО КЗ можно определить по формуле: ( J 2 [раб .9 н .9() + ( .9 ДОII .9 0кр )' , l до" (4 8)
66 67 Таблица 4.2 Значения температур HarpeBa жи;1 кабеля для оценки невоз.-ораиия и при.-одностн к дальнейшей эксплуатации при КЗ длительностью до 4 с Тепловой импульс по выражснию (4 6) при времсни отключсния неселсктивноrо BЫ ключателя 0,04 с составляет В К 5,72(0,04-+ 0,02) + (0,3' 5,7' 3,3 + 0,1 . 3,32). 0,04 2,22 кА 2 .с. Минимально допустимое сечение жилы кабеля по выражению (4А) co ставляет S"HH 1000 . .J2,22 /75 20 M /. Проверим результат по HOMorpaMMe рис. 4 1. По формуле (4 7) значение коэффициента k 45,65 . 2,221 252 0,162, по HOMorpaMMe при начальной температуре жилы кабеля 65"С ему соответствуст значение конечной температуры 120"С, что меньше допустимой 160"С (табл. 4.2). Таким образом, терми ческая стойкость кабеля при отключении КЗ основной зашитой присоединения обеспе чивается. Проверка на невозrорание кабеля при отключении КЗ резервной зашитой присое динения. Обычная максимальная токовая зашита на вводном выключателе КТП, как правило, не резервирует отказы зашит и выключателей отходяших линий. Например, при уставке срабатывания 4000 А она резервирует отключение КЗ за кабслем сечением 3х25+ 1 х 16 с алюминиевыми жилами на расстоянии не более 20 м от ero начала (как рассчитать длину зоны резервирования, показано в rлаве 14). Поэтому в качестве pe зервной зашиты используется функция дальнеrо резсрвирования отказов зашит и BЫ ключатслей в блоке БМРЗ 0,4. установленном на вводном выключателе КТП. Длина зоны резервирования при использовании этой функции с запасом перскрывает длину рассматриваемоrо каБС:IЯ (как рассчитать эту зону, показано в rлаве 16). Выдержка вре:.rени дальнеrо резервирования с учетом полноrо времени отключения выключа теля принята 0,5 с. Тепловой импульс, рассчитанный в соответствии с циркуляро:.r [37] при КЗ на расстоянии 20 м от начала кабеля В К 5,72(0,5 + 0,02) + (0,3 . 5,7 . 3,3 + + 0,1 . 3,32) . 0,5 20,3 кА 2 'е. Значение коэффициента k 45,65 . 20,31 252 1,48, по HOMorpaM:.re при начальной температуре жилы кабеля 65"С ему соответствует значение конечной температуры более 600"С, что больше допустимой 350"с. Таким образом, He во](-орание кабеля при ОТlСlючении КЗ резервной ]ашитой не обеспечивается. Повторяя ли расчеты для разных сечений кабелей, получае:.r, что условию невозrорания удовле творяет только кабель с сечением жилы нс менее 70 M /, для KOToporo Х К 0,065 . 20 1,3 мОм, r K 0,549' 20 10,98 мОм, значения токов КЗ составляют 1 3) 13,7 кА, 1 7,7 кА, наиболее вероятный ток nyroвoro КЗ 1 32p 10,7 кА. В К 10,72(0,5 + 0,02)+ + (0,3' 10,7' 3,3 + 0,1' 3,32). О,5 65,38 кА 2 .с. Значение коэффициента k 45,65 х х 65,38/ 702 0,61, по HOMOI'PaMMe при начальной температуре жилы кабеля 65"С ему соответствует значсние конечной rемпературы 310"С, что меньше допустимой по кри терию невозrораемости 350"с. Полученный результат означает, что на данной под станции на всех отходяших линиях нс MOryT применяться кабели марки ABBr с сече нием фазной жилы менее 70 M /. Если же тер:.rическую стойкость рассматриваемоrо кабеля при действии резерв ной зашиты проверять при КЗ не на расстоянии 20 м от начала кабеля, а на шинах сборки, rде оно наиболее вероятно, то сушествуюший кабель сечением 3х25+lх16 за менять не придется. В этом случае сопротивлеН lе кабеля до сборки Х К 0,072 . 50 3,6 :.rOM, r K 1,54' 50 77 мОм, значения токов КЗ составляют 1 3) 2,88 кА, / 2,43 кА, наиболее вероятный ток дуrовоrо КЗ / 32p 2,66 кА. При расчете тепло Boro импульса подпитку от электродвиrателей не учитываем, поскольку раесматрива ется КЗ на вторичной сборке: В К 2,66\0,5 + 0,02) 3,68 кА 2 .с. Значение коэффици ента k 45,65 . 3,681 252 0,27, по HOMorpaMMe при начальной температуре жилы кабе ля 65"С ему соответствует значение конечной температуры 155"С, что меньше допус Критерии неВОЗI'орания и приrоднuсти Не ЗaJ'орают Приrодны к Неприrодны к Тип кабеля ся при TeM эксплуатации эксплуатации пературе жил при .9 к при .9 к до, не более, более, "с "с "с 1 2 3 4 Бронированные кабели с бу мажной пропитанной изоляцией 400 200 300 на напряжение до 6 кВ Небронированные кабели с бу мажной пропитанной изоляцией 350 200 300 на напряжение до 6 кВ Кабели с поливинилхлоридной 350 160 или резиновой изоляцией 250 Кабели с изоляцией из ВулкаllИ 400 250 зированноrо полиэтилена 300 П мнению автора этой книrи, при про верке термической стойкости кабелеи в случае отключения КЗ резервной защитой значение тока КЗ сле дует определять не в точке на расстоянии 20 м от начала кабеля, а в точках наиболее вероятноrо возникновения КЗ (в Концевых разделках кабеля на шинах вторичных сборок, в клеммных коробках электродвиrателей, в' Ka бельных муфтах, в местах, rде вероятно повреждение кабелей машинами и механизмами). Пример 4 1. Проверить термическую стойкость кабеля ABBr сечением 3х25+ 1 х 1 6 с алюминиевыми жилами с поливинилхлоридной изоляцией, отходяшеrо от rлавных шин КТП 10/0,4 кВ с транефор:.rатором мошностью 1000 кВ, А и 5 5 0/ С , к ,/(). О отивление питаюшей системы Хе 0,1 Х Т - Кабель длиной 50 м предназначен для пи ния сборки и зашишается неселективным автоматическим выключателем. Реш с н и е. Термическая стойкость при отключении КЗ основной зашитой при соединения. Находим значсние тока при КЗ на расстоянии 20 м от начала кабеля. co противления кабеля по выражснию (2 11) Х К 0,072 . 20 1,44 мОм, r K 1,54 . 20 30,8 мОм, трансформатора (по табл 2 4 ) Х 8 6 мО м r 2 мОм " Т, , т , питающси системы ХС 0,86 мОм. Значения токов КЗ по вы р ажениям ( 2 1) (2 3) (2 5) 1 (3 ) , , составляют к ::;:;: 6 7 кА /(3) 4 7 А б , , KR , К ,наи олее вероятныи ток Д у rовоrо КЗ /(3) 5 7 А Т кер ,К. ОК ПОДПИТ ки от электродвиrателей по выражению (2 14) составляет 2,29' 1445 3300 А 3 3 кА
68 69 тимой ПО критсрию НСБозrорасмости (350"С) и по критсрию приrодности к дальнсй шсй эксплуатации (1 60"С). 1 С.Н [ДОII.lJрон ' (4 12) Обеспечение защиты кабелей от переrрузок. Защиты от переrpузки требуют все сети 0,4 кВ, выполненные проложенными открыто незащи щенными изолированными про водами с rорючей оболочкой внутри любых помещений; все осветительные сети независимо от конструкции и способа прокладки проводов или кабелей в жилых и общественных, зданиях, в слу жебно бытовых помещениях промышленных предприятий, в пожароопас ных зонах, все сети для питания бытовых и переносных электроприборов; все силовые сети в промышленных предприятиях, в жилых и обществен ных помещениях, если по условиям технолоrическоrо процесса может возникнуть длительная переrpузка проводов и кабелей; все сети всех видов во взрывоопасных помешениях и взрывоопасных наружных установках независимо от режима работы и назначения сети. Например, защиту от переrpузки требуют кабели питания двиrателей транспортеров, так как эти механизмы подвержены переrpузкам; не тpe буют зашиты от переrpузки кабели питания центробежных насосов с леr кими условиями пуска (установленные вневзрывоопасных помешениях), так как по технолоrическим причинам эти механизмы не переrpужаются. Для защиты проводников и кабелей от переrpузки должны быть обес печены следующие соотношения между допустимым током проводника lдоп.пров (определяется по таблицам ПУЗ) и током срабатывания защиты. При применении выключателей только с электромаrнитными pacцe пителями и током срабатывания отсечки 1с.о: для про водников с поливинилхлоридной, резиновой и друrой анало rичной по тепловым характеристикам изоляцией внутри помещений для кабелей с бумажной изоляцией или изоляцией из вулканизиро BaHHoro полиэтилена lс.1J ::;; 1,251iIOll.llpOB' (4 13) rде l с . п ток срабатывания защиты от переrpузки. При применении предохранителей с номинальным вставки l Н . ВС : током плавкой 1 н.ве ::;; kl ДОJI.I'ров ' (4 14) [де k коэффициент, для проводников с резиновой, поливинилхлоридной и аналоrичной по тепловым характеристикам изоляцией, прокладываемых внутри помещений, принимается равным 0,8. Для всех проводников, про кладываемых вневзрывоопасных производственных помещениях, а также для кабелей с бумажной изоляцией в любых помещениях k 1. 5. ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ lе.о ::;; О, 81ДОIJ.пров , (4 9) Параметры и характеристики, по которым выбирают автомати ческие выключатели. Автоматические выключатели (автоматы) предна зпачены для автоматическоrо отключения электрических цепсй при КЗ или ненормальных режимах (переrpузках, исчезновении или снижении напря жения), а также для нечастоrо включения и отключения токов наrpузки. Отключение выключателя при переrpузках и КЗ выполняется встроенным в выключатель автоматическим устройством, которое называется макси мальпым расцепителем тока, или сокращенно расцепителем. Расцепители MorYT быть прямоrо действия (электромаrнитные, тепло вые) и KocBeHHoro действия (полупроводниковые, микропроцессорные). Комбинацию из электромаrнитноrо и тепловоrо расцепителей называют комбинированным расцепителем, при этом электромаrнитный расцепитель служит не только для быстроrо отключения КЗ в защищаемой цепи, но и для защиты термобиметалла или наrpевателя тепловоrо расцепителя от педопустимоrо HarpeBa при больших токах. Все автоматические выключатели имеют механизм свободноrо pacцe пления, обеспечивающий MrHoBeHHoe отключение при срабатывании за щиты (расцепителя) независимо от положения рукоятки включения или привода (даже из промежуточноrо положения) и не допускающий caMO произвольноro повторноro включения на КЗ. Автоматические выключате ли с ручным приводом обычно снабжаются механизмом MOMeHTHoro включения и отключения, обеспечиваюшим быстрое замыкание (размыка ние) контактов выключателя независимо от скорости движения рукоятки ручноrо при вода. Моментное включение повышает включающую способ для невзрывоопасных производственных помещений, а также кабелей с бумажной изоляцией допускается 1е.о ::;; 1 ДОН.пров. (4 1 О) При применении выключателей с нереrулируемой обратно зависимой от тока характеристикой для проводников всех марок: 1 н.роси ::;; 1 ДОП.lJрОВ , (4 11) [де l н . расц номинальный ток расцепителя. При применении выключателей с реrулируемой зависимой от тока xa рактеристикой: для проводников с резиновой, ПОливинилхлоридной и аналоrичной изоляцией
".." ... '.', 158 159 1', !! l i, .'1 , ( 12 8) OтKeiJ. O 8,9 0,8 47 fl6 8,50 I(t ..." ...",,- ;/ " 1/ t I! rде Рсзп допустимая суммарная мощность электродвиrателей, участвую щих в самозапуске, кВт; k п . ср средняя кратность пусковоrо тока электро двиrателей, участвующих в самозапуске; И Н . ДВ номинальное напряжение электродвиrателей, В; 17дв средний КПД электродвиrателей; СОSqJдв средний коэффициент мощности электродвиrателей. Из выражения (12 7), учитывая (12 1), (12 2), (12 3), (l2 6), после co ответствующих преобразований получаем выражение для Рсз : р И .дв 1JдвСОSq1дв(И.ш И.ост) ( ) kпуск.ср . И. ост , Хс + х т jll 1 rде Рсзп выражено в кВт; Хс и Х т В мОм. Расчетным случаем для определения возможности самозапуска и yc тавок релейной защиты является самозапуск полностью заторможенных двиrателей. так как перерыв питания может быть достаточно велик при неполадках в системе или коrда резервный источник питания включается вручную после отказа АВР. В некоторых случаях (см. ниже) можно учесть неполное торможение двиraтелей при кратковременных перерьшах питания. При этом сопротив ление двиrателей больше, чем сопротивление полностью заторможенных двиraтелей, пусковые токи меньше и, следовательно, меньше токи самоза пуска и больше остаточные напряжения [45]. Уменьшение тока самозапуска электродвиrателей, имеющих вентиля торный момент сопротивления, по сравнению с ero значением для полно стью заторможенных двиrателей, в зависимости от времени перерыва пи тания может быть учтено коэффициентом k i , тоrда: И. ш И. ост п I+Jз '(Хс + х т )k i Ll"уск.Д8П /И н . Д8 1 (12 11) 11', ]jl [11 '[ ' ) ',11 1 ' 1 1 '11 1'1 ' 1 ! 1.:1 ,1; j!1 1:'1 "1' I i '1 В приближенных расчетах по выражениям (12 7) и (12 8) можно при нимать 17дв 0,95, СОSqJдв 0,8, И. ш 1,0--;-.1,05 в зависимости от положения ответвлений трансформатора (r..10/O,4 кВ. Если принять И. Ш 1,05 и k п . ср 7, И.ОСТ 0,7, то из (12 8) можно по лучить: 1 2 .3 '1 с Рис.12 2. Зависимость коэффициента уменьшения кратности пусковоrо тока электро двиrателей при самозапуске k, от длительности псрерыва питания Рсзп 7839/ (Хс + Х т ), (12 9) лей с учетом их неполноrо торможения можно также определить по BЫ ражению [45]: /сзп t k i /сзп , (12 10) Выполнение самозапуска различных I"рУПП элекrРОДВИl"ателей. На промышленных предприятиях электродвиrатели напряжением 0,4 кВ MO rYT быть разделены на три rpуппы: особо ответственные, обеспечивающие в аварийных режимах OCTa новку OCHoBHoro оборудования без повреждений (в частных случаях эта rpуппа потребителей может обеспечивать продолжение OCHoBHoro TeXHO лоrическоro процесса). Например, к таким электродвиrателям относят по жарные насосы; дымососы котлов; вентиляторы взрывоопасных помеще ний, обеспечивающие после восстановления напряжения ликвидацию об разования взрывоопасных смесей для предотвращения взрывов и пожаров; маслонасосы уплотнений, предотврашаюшие прорыв rаза и образование взрывоопасных смесей; ответственные, отключение которых вызывает нарушение техноло rическоro пропесса или снижение производительности установки; неответственные, непродолжительное отключение которых не Ha рушает нормальноrо режима работы OCHoBHoro оборудования. Особо ответственные электродвиraтели должны участвовать в caMO запуске после сравнительно длительных перерывов электроснабжения, KO rда питание восстанавливается вручную оперативным персоналом или по 1 11 :1 '1 '1 1 '1 rде /сзп t ток самозапуска двиrателей при данном перерыве питания, /сзп расчетный ток самозапуска двиrателей из заторможенноrо состояния, по лученный по выражению (12А). Зависимость коэффициента k i от длительности перерыва питания по казана на рис. 12 2. Далее весь расчет про изводится по формулам (12 1 (12 5). Остаточное напряжение (в о. е.) на шинах питания электродвиrате l' , I