Проверка защитных аппаратов на срабатывание при коротких замыканиях

Протекающие по токоведущим частям элементов электрических сетей токи вызывают термические и динамические процессы, то есть нагрев элементов и механические воздействия.

В рабочих режимах работы действия этих процессов невелики, а в аварийных режимах коротких замыканий они могут привести к недопустимому перегреву или разрушению этого элемента. Для противостояния указанным действиям наибольших токов короткого замыкания эти элементы электрических сетей должны проверяться на термическую и динамическую стойкость. Проверка коммутационных и защитно-коммутационных электрических аппаратов проводится по условиям:

- на термическую стойкость I_тс^2.t > I_к^2.t_п , (5.13)

- на динамическую стойкость i_ск > i_у , (5.14)

где I_тс ,t – паспортные значения тока термической стойкости и времени его действия;

I_к , t_п – расчетные значения тока КЗ и времени его действия, которое рассчитывается по выражению t_п = t_сз+ t_о ( t_сз – время срабатывания защиты, t_о – собственное время отключения защитного аппарата);

i_ск – паспортное значение сквозного тока КЗ для проверяемого аппарата;

i_у- значение ударного тока КЗ.

В соответствии с ПУЭ, проверке на действие токов КЗ в сети до 1000 В подлежат электрические аппараты, установленные в РУ-10/0.4 кВ.

Произведём выбор автоматического выключателя на отходящую линию в РУНН трансформаторной подстанции. Произведем выбор автоматов по I_н для U=0,4 кВ по формуле (5.10):

,

Принимаем автомат серии ВА с номинальным током 250 А, с уставкой полупроводникового расцепителя 250 А. Проверим выбранный аппарат на термическую и динамическую стойкость.

Для проверки электрического аппарата на действия токов КЗ необходимо рассчитать ток короткого замыкания в точке К1 (рисунок 5.3.).

Рисунок 5.3. - Схема короткого замыкания в сети напряжением 0,4 кВ

По расчётным кривым для нахождения токов к.з. [2] принимаем ток к.з. со стороны энергосистемы I_кзВН = 3,5 А.

Сопротивление питающей энергосистемы, приведённое к напряжению 0,4 кВ, определяем по формуле (5.15):

(5.15)
где U_с.ВН – напряжение энергосистемы со стороны ВН трансформатора;

U_н.т..ВН и U_н.т..НН – соответственно номинальные напряжения обмоток НН и ВН понижающего трансформатора.

Активное и индуктивное сопротивления трансформатора берём из таблицы 1 [2]: r_т = 9,4 мОм, x_т = 27,2 мОм.

Ток к.з. в точке К1 определяем по формуле (5.16):

, (5.16)

где U_ср.НН – среднее номинальное линейное напряжение сети НН, В (для сети 0,4 кВ равно 400 В);

x_Σ и r_Σ – соответственно результирующее активное и индуктивное сопротивления цепи к.з.

Проверяем на термическую стойкость по формуле (5.17):

I_тс^2.t > I_к^2.t_п, (5.17)

где I_тс = 120кА, t = 10с, I_к = 7,4кА, t_п = t_сз+ t_о =1+0,005 = 1,005с, 120²·10 > 7,3²·1,005, где значения t_сз и t_о берём по табличным значениям [2]. Условие выполняется, значит, аппарат обладает термической стойкостью.

Для проверки на динамическую стойкость нужно рассчитать ударный ток к.з. на месте установки автомата. Ударный ток к.з. находится по выражению (5.14):

, (5.18)

где k_у – ударный коэффициент.

Значение k_у определяется в зависимости от отношения результирующих сопротивлений. Отношение результирующих сопротивлений от шин 0,4 кВ x_Σ / r_Σ = 2,98 / 9,4 = 3,17. С учётом этого находим k_у = 1,36 [2]. Тогда ударный ток по формуле (5.14) будет равен:

Паспортное значение сквозного тока КЗ для проверяемого аппарата ВА37-54 i_ск = 50кА. Условие i_ск > i_у выполняется, значит, автоматический выключатель обладает динамической стойкостью.