Выбор высоковольтных выключателей (ячеек)

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

нии, предопределяющих выбор выключателя или другого коммутацион­ного аппарата.

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

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

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

Выбор высоковольтных выключателей производят:

по напряжению электроустановки (8.1) и длительному току

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

по электродинамической стойкости при токах короткого замыкания

где I _п0 - действующее значение периодической составляющей началь­ного тока короткого замыкания, кА; I_дин, I_{m дин} — действующее значение периодической составляющей и амплитудное значение полного тока электродинамической стойкости выключателя, кА; i_y — ударный ток короткого замыкания, кА.

Выключатель, выбранный по номинальному напряжению, номиналь-

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

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

Расчетное время отключения выключателя t определяется в соот­ветствии с выражением

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

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

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

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

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

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

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

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

где I _ПОД — ток короткого замыкания от синхронных и асинхронных двигателей; I _п0с — ток короткого замыкания от системы; Т_Д — по­стоянная времени эквивалентного двигателя. При отсутствии данных о типах двигателей можно принять значение Т_Д равным 0,07 с.

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

Тепловой импульс от апериодической составляющей тока короткого замыкания

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