Выбор выключателей и разъединителей на напряжениях 220/110/10 кВ подстанции

Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения любых токов. Выключатели в зависимости от применяемых в них дугогасительной и изолирующей сред подразделяются на масляные, воздушные, элегазовые, вакуумные и электромагнитные.

Выключатели распределительных устройств напряжением 35 кВ и выше выбираются однотипные для всех цепей данного распределительного устройства и проверяются по наиболее тяжелым условиям.

Выключатели выбирают:

1) по номинальному напряжению:

.

где u_НОМ — номинальное напряжение выбираемого выключателя, кВ,.

u_УСТ — напряжение установки, кВ;

2) по номинальному току:

.

где I_НОМ — номинальный ток выключателя, А,.

I_МАХ — максимальный ток, протекающий через выключатель в утяжеленном режиме, А;

3) по номинальному току отключения:

.

где I_{НОМ.ОТКЛ.} — номинальный ток отключения выключателя, кА,.

— действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, кА.

Произведем выбор КРУЭ на стороне ВН 220кВ.

С учетом того, что планируется установка КРУЭ, выбор выключателей, разъединителей и заземлителей сводится к выбору КРУЭ в целом.

При выборе выключателя необходимо также осуществить следующие проверки:

4) проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока короткого замыкания:

(3.1).

где — значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя, определяется по формуле:

(3.2).

где I_{П, 0} — действующее значение периодической составляющей начального тока короткого замыкания, кА;

Т_А — постоянная времени затухания апериодической составляющей, согласно /4/ Т_А = 0,02 с;

— время от начала короткого замыкания до прекращения соприкосновения дугогасительных контактов, с:

(3.3).

где t_{РЗ, MIN} — минимально возможное время срабатывания релейной защиты, t_{РЗ, MIN} = 0,01с;

t_С.В. — собственное время отключения выключателя, с.

с.

Значение апериодической составляющей по формуле (3.2):

кА.

В каталоге на КРУЭ задается допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения _НОМ:

%. (3.4).

Из формулы (3.4) можно найти номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени, используемое в выражении (3.1):

. (3.5).

кА.

5) Выполняется проверка на электродинамическую стойкость:

(3.6).

(3.7).

где i_УД — расчетный ударный ток в цепи выключателя, кА;

i_ДИН — ток электродинамической стойкости (наибольший пик предельного сквозного тока короткого замыкания), кА;

I_ДИН — действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока короткого замыкания, кА.

Заводами-изготовителями соблюдается условие:

(3.8).

где К_У = 1,8 — ударный коэффициент, нормированный для выключателей.

.

6) Проверка на термическую стойкость:

(3.9).

гд I_ТЕР — ток термической стойкости выключателя, определяется по каталогу, кА;

t_ТЕР — длительность протекания тока термической стойкости, определяется по каталогу, с;

В_К — тепловой импульс тока короткого замыкания, пропорциональный количеству тепловой энергии, выделенной за время короткого замыкания.

Короткое замыкание в цепях понизительных подстанций можно рассматривать как удаленное, и в этом случае тепловой импульс, выделяемый током короткого замыкания, можно определить по формуле:

(3.10).

где Т_А — постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, согласно /4/ Т_А = 0,02 с;

t_ОТК — время от начала короткого замыкания до его отключения, с;

(3.11).

где t_РЗ — время действия релейной защиты, t_РЗ = 0,1 с;

t_О.В. — полное время отключения выключателя, с;

с.

Тепловой импульс по формуле (3.10):

.

Для удобства проверки выполнения условий все расчетные и каталожные данные сводим в таблицу 3.4.

Разъединители выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению:

.

где u_НОМ — номинальное напряжение разъединителя, кВ;

u_УСТ — напряжение установки, кВ.

2) по номинальному току:

.

где I_НОМ — номинальный ток разъединителя, А;

I_МАХ — максимальный расчетный ток продолжительного режима, протекающий через разъединитель, А.

3) осуществляется проверка на электродинамическую стойкость:

.

где i_ДИН — предельный сквозной ток короткого замыкания (амплитуда), определяемый по каталогу, кА;

i_УД — ударный ток короткого замыкания по расчету, кА.

4) проверка на термическую стойкость:

.

где I_ТЕР — ток термической стойкости разъединителя, кА;

t_ТЕР — длительность протекания тока термической стойкости, с;

В_К — тепловой импульс по расчету, кА² с.

Каталожные данные КРУЭ ELK-14 представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 — Выбор выключателей и разъединителей на стороне ВН.

Произведем выбор КРУЭ на стороне СН 110кВ.

Намечаем к установке комплектное распределительное устройство с элегазовой изоляцией ELK-04. Собственное время отключения выключателя t_С.В. = 0,03 с, полное время отключения выключателя t_О.В. = 0,055 с.

При выборе выключателя необходимо также осуществить следующие проверки:

проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока короткого замыкания по формуле (3.1):

(3.1).

— время от начала короткого замыкания до прекращения соприкосновения дугогасительных контактов, с по формуле (3.3):

(3.3).

с.

Значение апериодической составляющей по формуле (3.2):

(3.2).

кА.

В каталоге на КРУЭ задается допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения _НОМ формула (3.4):

%. (3.4).

Из формулы (3.4) можно найти номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени, используемое в выражении (3.1). По формуле (3.5):

. (3.5).

получим:

кА.

Выполняется проверка на электродинамическую стойкость:

.

.

Проверка на термическую стойкость по формуле (3.9):

(3.9).

Короткое замыкание в цепях понизительных подстанций можно рассматривать как удаленное, и в этом случае тепловой импульс, выделяемый током короткого замыкания, можно определить по формуле (3.10):

(3.10).

t_ОТК — время от начала короткого замыкания до его отключения, с;

.

где t_РЗ — время действия релейной защиты, t_РЗ = 0,1 с;

t_О.В. — полное время отключения выключателя, с;

с.

.

Все расчетные и каталожные данные сводим в таблицу 4.

Разъединители выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению:

.

где u_НОМ — номинальное напряжение разъединителя, кВ;

u_УСТ — напряжение установки, кВ.

2) по номинальному току:

.

где I_НОМ — номинальный ток разъединителя, А;

I_МАХ — максимальный расчетный ток продолжительного режима, протекающий через разъединитель, А.

3) осуществляется проверка на электродинамическую стойкость:

.

где i_ДИН — предельный сквозной ток короткого замыкания (амплитуда), определяемый по каталогу, кА;

i_УД — ударный ток короткого замыкания по расчету, кА.

.

4) проверка на термическую стойкость:

.

где I_ТЕР — ток термической стойкости разъединителя, кА;

t_ТЕР — длительность протекания тока термической стойкости, с;

В_К — тепловой импульс по расчету, кА² с.

Каталожные данные КРУЭ ELK-04 представлены в таблице 4.5.

Таблица 3.5 — Выбор выключателей и разъединителей на стороне СН.

Выбор выключателей и разъединителей на стороне НН подстанции На низкой стороне установим реактор. Это мероприятие поможет нам снизить токи короткого замыкания, проходящие через выключатель, а, следовательно, выключатель будет установлен более дешевый.

Выбор реактора Реактор следует выбирать:

по номинальному напряжению.

U_уст U_ном,.

по номинальному току.

I_раб.max I_ном,.

по индуктивному сопротивлению.

В качестве линейного реактора можно использовать простой (одинарный или групповой) или сдвоенный реактор. Принимаем одинарный. Номинальный ток реактора должен быть больше максимального длительного тока нагрузки цепи, в которой он включен.

Индуктивное сопротивление линейного реактора определяют, исходя из условий ограничения тока короткого замыкания до заданного уровня. В большинстве случаев допустимое значение тока короткого замыкания при повреждении за реактором определяется по коммутационной способности отключающих аппаратов (выключателей, предохранителей), намечаемых к установке или установленных в данной точке сети.

Порядок определения сопротивления линейного реактора следующий. Известно начальное значение периодического тока короткого замыкания I_п.о. Требуется ограничить I_п. 0. до значения, чтобы можно было в данной цепи установить выключатель с номинальным током отключения I_{отк.ном} (действующее значение периодической составляющей тока отключения). Принимают. Результирующее сопротивление, Ом, цепи короткого замыкания до установки реактора определяем по выражению.

.

Требуемое сопротивление цепи короткого замыкания для обеспечения.

.

Требуемое сопротивление реактора.

.

.

По каталожным материалам выбираем тип реактора с ближайшим большим индуктивным сопротивлением. Принимаем к установке РТСТ-10−5000−0,1-УЗ.

Таблица 3.6 — Характеристика реактора РТСТ-10−5000−0,1-УЗ.

Вычисляем значение результирующего сопротивления цепи короткого замыкания с учетом реактора:

.

а затем определяем начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания:

.

кА.

Максимальный ток продолжительного режима:

.

кА Выбранный реактор проверяется на электродинамическую стойкость по условию:

.

где ударный ток при трехфазном кротком замыкании за реактором;

Термическая стойкость реактора характеризуется током термической стойкости I_тер и временем термической стойкости t_тер (по каталогу).

Условие проверки по термической устойчивости:

.

Тепловой импульс по формуле (3.10):

(3.10).

кА² с.

t_ОТК — время от начала короткого замыкания до его отключения, с;

.

где t_РЗ — время действия релейной защиты, t_РЗ = 0,1 с;

t_О.В. — полное время отключения выключателя со стороны СН и ВН, с;

с.

где B_к — расчетный тепловой импульс при коротком замыкании за реактором.

Выбор выключателей 10кВ Выключатели выбираются по тем же условиям, что и на стороне ВН. Расчетные токи продолжительного режима указаны в таблице 3.2, а расчетным током короткого замыкания является ток на шинах низшего напряжения после реактора. Исходя из этого, намечаем к установке вакуумный выключатель VAH 17,5−31,5−50−27.

Собственное время отключения выключателя t_С.В. = 0,08 с, полное время отключения t_О.В. = 0,1 с.

Определим расчетное время по формуле (3.3):

(3.3).

где t_{РЗ, MIN} — минимально возможное время срабатывания релейной защиты, t_{РЗ, MIN} = 0,01с;

t_С.В. — собственное время отключения выключателя, с.

с.

Апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент расхождения контактов выключателя по формуле (3.2):

(3.2).

где I_{П, 0} — действующее значение периодической составляющей начального тока короткого замыкания, кА;

Т_А — постоянная времени затухания апериодической составляющей, Т_А = 0,05 с;

кА, где I_{П, 0} = 29,43 кА — действующее значение периодической составляющей ачального тока короткого замыкания в точке К3;

Допустимое относительное содержание апериодической составляющей тока в токе отключения _НОМ определяется по кривой _НОМ = f () из /4/. Для времени = 0,09 с, _НОМ = 15%.

Найдем гарантируемую выключателю заводом-изготовителем апериодическую составляющую в отключаемом токе для времени по формуле (3.5):

кА, где I_{НОМ.ОТКЛ.} = 31,5 кА — номинальный ток отключения выключателя из каталога.

Для проверки выключателя на термическую стойкость необходимо определить тепловой импульс, выделяемый током короткого замыкания, для чего найдем сначала время от начала короткого замыкания до его отключения по формуле (3.11):

(3.11).

где t_РЗ = 1,5 с — максимальное время действия основной защиты;

t_О.В. — полное время отключения выключателя, с;

с, Тепловой импульс по формуле (3.10):

(3.10).

кА² с.

i_УД — ударный ток короткого замыкания по расчету, кА.

Разъединители выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению:

.

где u_НОМ — номинальное напряжение разъединителя, кВ;

u_УСТ — напряжение установки, кВ.

2) по номинальному току:

.

где I_НОМ — номинальный ток разъединителя, А;

I_МАХ — максимальный расчетный ток продолжительного режима, протекающий через разъединитель, А.

3) осуществляется проверка на электродинамическую стойкость:

.

где i_ДИН — предельный сквозной ток короткого замыкания (амплитуда), определяемый по каталогу, кА;

i_УД — ударный ток короткого замыкания по расчету, кА.

.

4) проверка на термическую стойкость:

.

где I_ТЕР — ток термической стойкости разъединителя, кА;

t_ТЕР — длительность протекания тока термической стойкости, с;

В_К — тепловой импульс по расчету, кА² с.

Все расчетные и каталожные данные сводим в таблицу 5.

Таблица 3.7 — Выбор выключателей и разъединителей на стороне НН.

Секционные выключатели ставим такие же, но с номинальным током I_НОМ = 2500 А, а выключатели фидеров — на I_НОМ = 500 А. Аналогично и с разъединителями.