Расчет токов КЗ в системе постоянного оперативного тока. Расчет ТКЗ в СОПТ. Расчет токов кз и выбор аппаратов защиты в системе постоянного тока
 Скачать 0.85 Mb.
|
|
Расчет токов КЗ и выбор аппаратов защиты в системе постоянного тока 1. Назначение расчетов. Для проверки правильности выбора основного оборудования СОПТ, выбора сечения кабелей и обоснованного выбора основных параметров отключающих защитных устройств, требований к их отключающей способности, чувствительности, селективности и быстродействию необходимы значения расчетных токов коротких замыканий на всех участках сети оперативного постоянного тока. Согласно СТО 5 29.120.40.21656947007-.40.216-2016 Выбор и проверка сечения проводников в цепях кратковременной нагрузки, должны проводиться следующим образом: 1) предварительно выбирается сечение проводника по потере напряжения 2) выбранное сечение проверяется по термической стойкости к токам короткого замыкания и невозгораемости. Выбор проводников в остальных цепях должен производиться в следующем порядке: 1) предварительно выбирается сечение проводника по длительно допустимому току; 2) выбранное сечение проверяется по потере напряжения; 3) выбранное сечение проверяется по термической стойкости к токам короткого замыкания и невозгораемости. 2 Проверка на термическую стойкость и невозгораемость Проверка проводников на термическую стойкость и невозгораемость производится сопоставлением температур проводников к моменту отключения короткого замыкания с максимальными предельно допустимыми значениями, которые составляют по условиям термической стойкости: а) 160 ºС – для проводников с поливинилхлоридной изоляцией; б) 200 ºС – для проводников с бумажно-масляной изоляцией; по условиям невозгораемости: а) 350 ºС– для проводников с поливинилхлоридной изоляцией; б) 400 ºС– для проводников с бумажно-масляной изоляцией Температура проводника к моменту отключения короткого замыкания, υкон, рассчитывается по выражению, ГОСТ Р МЭК 60949, °С, 2 2 2 2 1 ( ) exp КЗ откл кон нач пр I t k S e где υнач – температура проводника в предшествующем режиме работы, °С, принимается равной наибольшей длительно допустимой температуре проводника; β – величина, равная обратному температурному коэффициенту сопротивления при 0 °С, принимаемая равной 234,5 °К; Iкз – среднеквадратичное значение тока короткого замыкания, А tоткл – продолжительность протекания тока короткого замыкания в проводнике, с; k 1 - постоянная, зависящая от материала проводника, принимается равной 226 А∙с 1/2 /мм 2 для проводника с медными токопроводящими жилами; Sпр – сечение проводника; ε - коэффициент, учитывающий отвод тепла от проводника в изоляцию, принимается равным 1. Расчет температур проводника для проверки на термическую стойкость производится два раза для двух расчетных случаев, соответствующих двум наборам расчетных условий: Максимальное время срабатывания основной и резервной защиты определяется по характеристике срабатывания защитных аппаратов, в основной или резервной зоне защиты которых находится проверяемый проводник. При этом нужно учесть разброс характеристики срабатывания в сторону больших значений времени. Токи короткого замыкания для проверки на термическую стойкость и невозгораемость рассчитываются по ГОСТ 29176, соответствии с расчетными условиями, приведенными в Таблице. Внутреннее сопротивление и ЭДС аккумуляторов допускается принимать по данным производителя и не зависящими от внешнего сопротивления. Коэффициент учета влияния дуги при сопротивлении цепи КЗ более 650 мОм принимается постоянным и равным значению, соответствующему сопротивлению 650 мОм, Максимальным расчётным током короткого замыкания принимается ток металлического короткого замыкания в конце рассматриваемого участка Iкз мax , минимальный ток дугового КЗ Iкз дуг рассчитывается с учётом дугового короткого замыкания по эмпирической зависимости, учитывающей падение напряжения на электрической дуге в зависимости от полного сопротивления цепи КЗ согласно Рисунку 1 (ГОСТ29176-91). Рисунок 1 3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ Максимальный ток короткого замыкания на шинах устройства постоянного тока рассчитывается как сумма токов КЗ от АБ и выпрямительных устройств: в пг где n, U – количество и номинальное напряжение, В, блоков аккумуляторной батареи в режиме подзяряда; I вых – выходной ток выпрямляющего устройства, А; k пг – коэффициент перегруза. R 1 – суммарное сопротивление до точки КЗ, Ом; Рисунок 2 - Расчетная схема СОПТ Минимальный ток короткого замыкания на шинах ЩПТ рассчитывается в режиме отключенных выпрямительных устройств с учетом сопротивления дуги: где k – коэффициент, учитывающий сопротивление дуги, о.е; 4. Выбор коммутационных аппаратов Согласно техническим требованиям СТО 56947007-29.120.40.041-2010 для защиты от коротких замыканий и перегрузок должна использоваться трёхуровневая система отключающих защитных аппаратов. Защита от коротких замыканий обычно представлена на верхнем уровне (между АБ и ЩПТ) – плавкими предохранителями, на среднем уровне (между ЩПТ и отходящими линиями ШП, ШУ) - плавкими предохранителями, на нижнем уровне (индивидуальные потребители) – автоматическими выключателями. Выбранные аппараты защиты должны удовлетворять следующим требованиям: - номинальное напряжение аппарата должно быть не менее номинального напряжения сети; - аппарат должен иметь конструкцию, допускающую его использование в цепях постоянного тока; - аппараты должны обладать достаточной отключающей способностью, электродинамической и термической стойкостью к действию токов КЗ; - аппараты должны обеспечивать надёжное отключение всех видов металлических и дуговых КЗ в защищаемых участках сети за минимально возможное по уровням селективности время т.п.); - аппарат должен быть отстроен от излишних срабатываний при допустимых для сети и электрооборудования перегрузках; - должна обеспечиваться селективность действия последовательно установленных аппаратов при наименьшем возможном времени отключения места повреждения. Выбор номинального тока In защитного аппарата производится по выражению, А: пт нг вр нг кр нг Для защитного аппарата в цепи зарядного устройства выбор номинального тока производится по выражению: In ≥ k пер · Iном.ЗУ, k пер – коэффициент, учитывающий возможность перегрузки зарядного устройства, принимается равным 1,15. Проводники в зоне защиты аппарата должны удовлетворять условию лит оп Где лит оп длительного допустимый ток проводника, находящегося в основной зоне защиты аппарата. Если условие не выполняется, то выбирается проводник большего сечения, обеспечивающего выполнение условия Выбор защитной характеристики аппарата 4.1 Для плавких предохранителей предварительно выбирается защитная характеристика типа gG, соответствующая номинальному току плавкой вставки. 4.2 Защитная характеристика автоматических выключателей с оминальным током более 125 А задается кратностью тока срабатывания мгновенного расцепителя. Предварительно выбирается характеристика с кратностью тока срабатывания не менее 5. 4.3 Защитная характеристика автоматических выключателей модульного типа, с номинальным током 125 А и менее, задается типом характеристики, определяющей кратность тока срабатывания мгновенного расцепителя. Предварительно выбирается характеристика типа С 4.4 При выборе характеристики необходимо учитывать, что ЗА должен предотвращать превышение температуры оборудования сверх допустимой как при коротких замыканиях, так и в зоне перегрузок [4]. 4.5 Проверка отстройки от токов кратковременной нагрузки 4.5.1 Проверка должна производиться для защитных аппаратов, через которые протекают токи кратковременной нагрузки. 4.5.2 Для проверки отстройки защитных аппаратов от токов кратковременной нагрузки на одном графике строятся время-токовая характеристика кратковременной нагрузки, определяющая изменение потребляемого тока во времени, и защитная характеристика аппарата. 4.5.3 Результат проверки считается удовлетворительным в случае, если характеристика кратковременной нагрузки располагается ниже и левее и не пересекает защитную характеристику аппарата. 4.5.4 В случае неудовлетворительного результата проверки требуется: 4.5.4.1 для плавких предохранителей – выбрать плавкую вставку с большим номинальным током; 4.5.4.2 для автоматических выключателей: а) при номинальном токе 125 А и более – увеличить уставку срабатывания электромагнитного расцепителя, при номинальном токе до 125 А – скорректировать тип защитной характеристики в сторону увеличения тока срабатывания; б) при невозможности увеличения тока срабатывания выбрать автоматический выключатель с большим номинальным током. 4.6 Проверка селективности срабатывания защитных аппаратов 4.6.1 Проверку защитных аппаратов, установленных последовательно в рассматриваемой электрической цепи, на селективность, требуется проводить попарно. 4.6.2 Селективность защитных аппаратов проверяется в общей зоне защиты аппаратов, для нижестоящего аппарата эта зона является основной, для вышестоящего – резервной. 4.6.3 Проверка защитных аппаратов на селективность считается выполненной в случае, если их защитные характеристики с учетом разброса не пересекаются в диапазоне токов от минимального до максимального тока короткого замыкания. Расчет минимального и максимального токов короткого замыкания производится по ГОСТ 29176 согласно расчетным условиям, приведенным в Таблице 2 : Таблица 2. Расчетные условия короткого замыкания для проверки селективности защитных аппаратов Разряженное состояние АБ задается увеличением ее внутреннего сопротивления в 1,5 раза по отношению к сопротивлению заряженной АБ. 4.6.4 При наличии пересечений защитных характеристик в зоне возможных токов короткого замыкания результат проверки считается неудовлетворительным, требуется увеличить ток срабатывания или номинальный ток вышестоящего аппарата. В случае, если условие (4) не выполняется, то следует увеличить сечение кабеля. 4.7 Проверка чувствительности защитных аппаратов Для проверки чувствительности автоматических выключателей определяется коэффициент чувствительности по формуле: К ч сраб макс I сраб.макс – максимальный ток срабатывания расцепителя мгновенного действия автоматического выключателя с учетом разброса защитной характеристики, А. Разброс защитной характеристики АВ (в %) приводится в технической документации производителя. Защитный аппарат обладает удовлетворительной чувствительностью к токам короткого замыкания, если коэффициент чувствительности превышает 1.1. Минимальный ток короткого замыкания определяется по ГОСТ 29176 согласно расчетным условиям, приведенным в Таблице 3. Таблица 3. Расчетные условия короткого замыкания для определения минимального тока короткого замыкания при проверке чувствительности ЗА. Если чувствительность не обеспечена, предпринимаются следующие мероприятия, в порядке приоритетности: 1) выбирается автоматический выключатель с меньшим током срабатывания; автоматическим выключателям с номинальным током не более 125 А - меньшей кратностью тока срабатывания обладают защитные характеристики или В; 2) выбирается автоматический выключатель с меньшим номинальным током; 3) увеличивается минимальный ток КЗ путем увеличения сечения кабелей. 4.8 Проверка быстродействия защитных аппаратов Проверка быстродействия защитных аппаратов включает в себя: 1 проверку обеспечения термической стойкости и невозгораемости проводников в основной и резервной зонах защиты соответственно; 2 проверку по провалам напряжения на клеммах электроприемников неповрежденных присоединений. 4.9 Проверка защитных аппаратов на отключающую способность Для проверки защитных аппаратов на отключающую способность требуется рассчитать максимальный отключаемый ток в соответствии с ГОСТ 29176 согласно расчетным условиям, приведенным в Таблице 4 Таблица 4. Расчетные условия короткого замыкания для проверки отключающей способности защитных аппаратов Отключающая способность защитного аппарата считается удовлетворительной, если она превышает расчетный ток короткого замыкания. Иначе, требуется выбрать защитный аппарат с большей отключающей способностью Список литературы 1. Стандарт организации СТО 56947007-29.120.40.041-2010 Системы оперативного постоянного тока подстанций. Технические требования. 2. Руководящие указания по организации СОПТ. Энергосетьпроект №83тм-т1, №83тм-т2, 1998г. 3. Методические указания по выбору СОПТ. СТО 56947007- 29.120.40.216-2016 4. Нормы технологического проектирования подстанций переменного тока с высшим напряжением 35-750кВ. СТО 569470007-29.240.10.028-2009. 5. Методические указания по защите вторичных цепей электрических станций и подстанций от импульсных помех. РД 34.20.116-93; 6. Общие технические требования к микропроцессорным устройствам защиты и автоматики энергосистем. РД 34.35.310-97; 7. ГОСТ Р МЭК 60949-2009 Расчет термически допустимых токов короткого замыкания с учетом неадиабатического нагрева |