4.11.6. Расчет ударного тока короткого замыкания

Ударный ток трехфазного к.з. в электроустановках с одним источником энергии (энергосистема или автономный источник) рассчитывают по формуле

, (35)

где – ударный коэффициент.

При необходимости учета синхронных и асинхронных электродвигателей ударный ток к.з. следует определять как сумму ударных токов от автономных источников и от электродвигателей. Если точка к.з. делит расчетную схему на радиальные, независимые друг от друга ветви, то ударный ток к.з. допустимо определять как сумму ударных токов отдельных ветвей.

4.11.7. Учет сопротивления электрической дуги

Учет электрической дуги в месте к.з. рекомендуется производить введением в расчетную схему активного сопротивления дуги R_д, которое определяется на базе вероятностных характеристик влияния устойчивой (непогасающейся) дуги на ток к.з. Среднее значение активного сопротивления дуги в начальный момент к.з. допустимо определять по формуле

, (36)

где K_с  среднестатистическое значение поправочного коэффициента, учитывающего снижение тока в начальный момент дугового к.з. по сравнению с током металлического к.з.; определяется по эмпирически полученной формуле

(37)

где Z_к – полное сопротивление цепи к.з., зависящее от вида к.з.:

– при трехфазном к.з.: 38)

– при двухфазном к.з.: (39)

– при однофазном к.з.: (40)

4.12. Выбор и проверка выключателей и предохранителей напряжением выше 1 кВ

Высоковольтные выключатели (ВВ) выбираются по номинальному току, номинальному напряжению, по типу, роду установки и проверяются по электродинамической и термической устойчивости и отключающей способности в режиме к.з. Технические данные выключателей 6–10 кВ приведены в табл. 36.

Выбор по номинальному напряжению сводится к сравнению номинальных напряжений установки и выключателя с учетом того, что выключатель в нормальных условиях допускает продолжительное повышение напряжения до 15 % номинального, т. е.

(41)

где U_н.в, U_н.у – соответственно номинальные напряжения выключателя и установки; ΔU_р.у – повышение напряжения в рабочих условиях.

Выбор по номинальному току I_н.в сводится к выбору выключателя, у которого номинальный ток является ближайшим бóльшим по отношению к расчетному току установки (I_расч.у), при этом должно соблюдаться условие I_н.в  I_расч.у. Это условие справедливо для температуры окружающей среды t = 35 C.

Выбор по отключающей способности сводится к проверке того, чтобы расчетная мощность отключения (S_р.о) была не больше отключающей способности выключателя (S_н.о), т. е. S_н.о  S_р.о.

Таблица 36

Выключатели внутренней и наружной установки

(вакуумные с электромагнитным гашением дуги,

электромагнитные, маломаслянные)

Тип выключателя	Конструктивное исполнение	Номинальное напряжение к, В	Наибольшее рабочее, кВ	Номинальный ток, кА	Действующее значение полного тока, кА	Ударный ток, кА	Номинальный ток отключения, кА	Предельный ток термической стойкости, кА	Тип привода
ВВЭ-10-0/630 (1000, 1600)УЗ	Вакуумн.	10	12	0,63; 1,0; 1,6	20	52	20	20	Встроен. эл. магн.
ВВЭ-10-1,5/630 (1000, 1600)УЗ		10	12	0,63; 1,0; 1,6; 2,0; 3,15	31,5	80	31,5	31,5
ВЭ-10-1250(1600, 2500, 3600)-20УЗ	С эл. магн. гашением дуги	10	12	1,25; 1,6; 2,5;3,6	20	51	20	20	Встроен. пружин.
ВЭ-10-1250(1600, 2500)-31,5УЗ		10	12	1,25; 1,6; 2,5; 3,6	31,5	51	31,5	31,5
ВЭ-10-40/1000(1600, 2500, 3150)-40УЗ		10	12	1,0; 1,6; 2,5; 3,15	40	100	40	–
ВЭМ-10Э-1000-20У3	Эл. магн.	10	12	1,0	20	52	20	20	Встроен. эл. магн.
ВЭМ-10Э-1250-20У3		10	12	1,25	20	52	20	20
ВММ-10-400-10У2	Мало-маслян.	10	12	0,4	10	25	10	10	Встроен. пружин.
ВМПЭ-10-630-20У2	Мало-маслян.	10	12	0,63	20	80	40	20	Встроен. эл. магн.
ВМПЭ-10-30/31,5У2		10	12	0,63	31,5	52	40	31,5
ВК-10-630(1000, 1600)-20У2	Маслян. колонков	10	12	0,63; 1,0; 1,6	20	52	20	20	Встроен. эл. магн.
ВК-10-630(1000, 1600)-31,5У2		10	12	0,63; 1,0; 1,6	31,5	80	31,5	31,5

Выбор выключателя по типу сводится к выбору масляного малообъемного, многообъемного, воздушного или других типов ВВ в соответствии с условиями, в которых допустимо или целесообразно применять данный тип выключателя. Выбор выключателя по роду установки производится в зависимости от установки на открытом воздухе или в помещении (в зависимости от конструктивного решения подстанции).

Выключатели проверяются по электродинамической и термической устойчивости к токам к.з. i_н.дин  i_у.расч (i_у.расч – расчетный ударный ток к.з.). По термической устойчивости в курсовой работе выключатель не проверяется.

Предохранители с плавкой вставкой – простейшие коммутационные аппараты, предназначенные для защиты цепей от к.з. и перегрузок. Их широко применяют в электрических сетях напряжением 0,38/0,22 – 110 кВ. Основные требования к предохранителям: должен длительно выдерживать номинальный ток I_ном и не перегорать при кратковременных перегрузках; надежно и быстро отключать предельный ток, на который рассчитан; работать селективно, т. е. избирательно.

Предохранители выбирают по следующим основным параметрам:

• номинальному току плавкой вставки (I_вс.ном), на который она рассчитана;

• номинальному току предохранителя (I_пр), на который рассчитан сам предохранитель (его токоведущие части);

• предельно отключаемому предохранителем току (I_пред), т. е. наибольшему току, который может быть отключен предохранителем при перегорании плавкой вставки без каких-либо его повреждений.

Большое значение имеют еще два параметра предохранителя, характеризующие его плавкую вставку:

• минимальный испытательный ток, при котором плавкая вставка не должна перегорать в течение одного часа;

• максимальный испытательный ток, при котором плавкая вставка должна перегорать в течение интервала времени не более часа. Зависимость времени перегорания плавкой вставки от тока называется ампер-секундной характеристикой вставки.

На рис. 4 приведены такие характеристики (их иногда называют защитными) для предохранителей ПКТ-10 (прежнее название ПК), которые широко применяют для защиты трансформаторных подстанций, напряжением 10/0,38 кВ.

Номинальный ток предохранителей, типа ПКТ, защищающих силовые трансформаторы на сторонах 10 и 0,4 кВ, часто выбирается в зависимости от мощности трансформатора (табл. 37). Указанные в таблице номинальные токи соответствуют перегрузочной способности трансформаторов и предохранителей, обеспечивают отключение трансформатора раньше, чем допускается по условию их термической стойкости.

Предохранители типа ПКТ с номинальными токами, выбранными по табл. 37, обеспечивают селективность ПКТ и предохранителей типа ПН-2 или автоматических выключателей (АВ), не имеющих выдержки времени, например серии А3100, и установленных на стороне 0,4 кВ трансформатора. При этом номинальный ток ПН-2 или АВ должен быть примерно равен номинальному току защищаемого трансформатора на стороне 0,4 кВ.

Рис. 4. Ампер-секундные характеристики плавких вставок

предохранителей типа ПКТ с кварцевым заполнением

Таблица 37

Рекомендуемые значения номинальных токов плавких предохранителей

для защиты трансформаторов, допускающих длительные перегрузки

на стороне 10 кВ и 0,4 кВ

Мощность защищаемого трансформатора, кВА	Номинальный ток, А
	трансформатора на стороне		предохранителя на стороне
	10 кВ	0,38 кВ	10 кВ	0,38 кВ
63	3,64	91	10	125
100	5,80	145	16	200
160	9,25	231	20	315
250	14,4	360	40	500
400	23,1	580	50	800
630	36,4	910	80	–

В этой же таблице приведены рекомендуемые значения номинальных токов предохранителей типа ПН-2 на стороне 0,4 кВ для трансформаторов типа ТМ, ТМФ, ТМН, для которых директивными материалами Минэнерго РФ разрешена перегрузка до 180 % номинальной мощности. На стороне 10 кВ этих трансформаторов нежелательно увеличивать номинальный ток предохранителей, поскольку это ухудшает защиту трансформаторов при внутренних повреждениях и утяжелит выполнение условий селективности между защитой питающей линии 10 кВ и предохранителями на стороне 10 кВ относительно мощных трансформаторов.

Предохранители с мелкозернистым наполнением (кварцевый песок) выполняют на напряжение 3, 6, 10 и 35 кВ и соответственно на номинальные токи 400, 300, 200 и 40 А. Для этих предохранителей характерен токоограничивающий эффект. Время их срабатывания при коротких замыканиях вблизи ТП составляет 0,005–0,007 с. Характеристики данного типа предохранителей приведены в табл. 38.

Таблица 38

Предохранители с кварцевым наполнением

на номинальное напряжение 1035 кВ

Серия	Типоисполнение	Напряжение, кВ		Номинальный ток
		номинальное	предохра-нителя, А	предохра-нителя, А	отключения, кА
ПКТ101-10	ПКТ101-10-2-8-12,5У3	10	12	2; 3,2; 5; 8	12,5
	ПКТ101-10-10-20-12,5У3	10	12	10; 16,20	12,5
	ПКТ101-10-2-8-20У1	10	12	2; 3,2; 5; 8	20
	ПКТ101-10-20-20У1	10	12	10; 16,20	20
	ПКТ101-10-2-8-31,5У3	10	12	2; 3,2; 5; 8	31,5
	ПКТ101-10-10-20-31,5У3	10	12	10; 16,20	31,5
ПКТ101-35	ПКТ101-35-2-8-8У3	35	40,5	2; 3,2; 5; 8	8
ПКТ102-10	ПКТ102-10-31,5-40-31,5У3	10	12	31,5; 40	31,5
	ПКТ102-10-50-12,5У3	10	12	50	12,5
ПКТ102-35	ПКТ102-35-10-20-8У3	35	40,5	10; 16; 20	8
ПКТ103-10	ПКТ103-10-80-20У3	10	12	80	20
	ПКТ103-10-100-12,5У3	10	12	100	12,5
ПКТ103-35	ПКТ103-35-31,5-40-8У3	35	40,5	31,5; 40	8
ПКТ104-10	ПКТ104-10-160-20У3	10	12	160	20
	ПКТ104-10-200-12,5У3	10	12	200	12,5
ПКН001-10	ПКН001-10У3	10	12		Не нормир.
ПКН001-35	ПКН001-35У3	35	40,5		Не нормир.

Примечание. В типе предохранителя указываются основные параметры: П – предохранитель; К – с кварцевым наполнением; Т – для силовых трансформаторов; 1 – однополюсный; цифры после букв – конструктивное исполнение контакта; Н – для трансформаторов напряжения; У – климатические условия.