Глава XIII
ВЫБОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ АППАРАТОВ, ИЗОЛЯТОРОВ, ШИН И КАБЕЛЕЙ ПРИ НАПРЯЖЕНИИ 6-10 кВ
§ 51. Общие условия выбора
Правильно выбранные аппараты в установке должны иметь достаточно большой и примерно одинаковый срок амортизации, а также обеспечить надежную работу в нормальном и аварийных режимах.
Эти условия выполнимы лишь в том случае, если все аппараты проверены по роду установки (открытая или внутренняя), по напряжению, по длительному рабочему току и, наконец, по аварийному режиму установки, связанному с токами к. з.
Аппараты распределительных устройств открытых установок находятся в более тяжелых условиях эксплуатации, чем аппараты внутренних установок. Под влиянием атмосферных осадков, пыли, продуктов сгорания из дымовых труб, а иногда и под влиянием реагентов — отбросов химических заводов — изоляция этих аппаратов находится в худших условиях, чем изоляция аппаратов внутренних установок. Вследствие этого аппараты для открытых установок выпускаются с усиленной изоляцией. Обычно эти аппараты снабжаются изоляторами на одну ступень выше, поэтому аппараты, предназначенные только для внутренних установок, не могут быть установлены на открытой площадке.
Выбор аппаратов по напряжению производится в соответствии с номинальным напряжением аппарата Uan.ном, приводимым на его заводском щитке, и максимальным рабочим напряжением.
Номинальным напряжением электрического аппарата называется междуфазовое напряжение установки, для работы в которой он предназначен.
Максимальное напряжение аппарата может быть на 10—15% выше номинального и при этом напряжении аппараты могут длительно работать.
Выбор аппаратов по напряжению производится по условию
(51-1)
Выбор аппаратов по номинальному току производится так, чтобы максимальный длительный ток нагрузки не превышал номинального тока аппарата:
(51-2)
Номинальным током аппарата называется такой наибольший длительный ток, при котором аппарат может работать длительное время при расчетных (стандартных) условиях охлаждения.
Стандартной температурой охлаждения является температура +35° С. Если температура воздуха отличается от стандартной, то рабочий ток аппарата может быть больше или меньше стандартного:
(51—3)
где θср — температура воздуха, °C.
Аппараты, выбранные по условиям номинального напряжения и тока, проверяются на динамическую и термическую устойчивости.
По условиям динамической устойчивости аппараты должны удовлетворять условию
При выборе аппаратов следует руководствоваться и некоторыми общими правилами. Нельзя допускать на одной подстанции и даже в системе подстанций одного предприятия большое разнообразие типов. Это усложняет и удорожает эксплуатацию. При выборе аппаратов необходимо предусмотреть, будет ли подстанция работать на ручном управлении или автоматически. Автоматические подстанции требуют более совершенного и надежного оборудования. Наконец, при выборе оборудования необходимо учитывать перспективу развития на ближайшие 10 лет. Это не значит, что на подстанции устанавливается оборудование, которое потребуется много позднее, но то оборудование, которое нужно для пускового периода, должно по возможности удовлетворять требованиям увеличения мощности на перспективу.
§ 52. Выбор выключателей, разъединителей и предохранителей
Выбор высоковольтных выключателей производится по следующим показателям: 1) род установки; 2) напряжение; 3) номинальный длительный ток; 4) номинальный ток отключения или мощность отключения; 5) динамическая устойчивость выключателя при включении на короткое замыкание; 6) термическая устойчивость выключателя при токе к. з.
По номинальному току отключения выключатели выбираются путем сравнения расчетных данных с каталогом. При пользовании каталогом следует помнить, что один и тот же выключатель имеет различные предельные токи отключения в зависимости от напряжения. Однако принимать ток отключения более предельного тока выключателя, указанного в каталоге, нельзя при любом напряжении установки.
Расчетный ток отключения находят для момента расхождения контактов выключателя. Время от начала короткого замыкания до начала расхождения контакта складывается из собственного времени выключателя (tс.в) и собственного времени действия максимального реле мгновенного действия (tс.р).
Для небыстродействующего выключателя типа ВМГ собственное время можно принимать равным 0,15 сек, собственное время максимального реле — 0,05 сек. Таким образом, расчетный ток короткого замыкания находят по формуле для расчетного времени отключения, равного 0,2 сек.
Выбранный выключатель по току отключения должен удовлетворять условиям:
(52-1)
или
(52-2)
Выбор выключателя по динамической устойчивости при включении на ток короткого замыкания производится путем сравнения данных каталога максимального тока выключателя I вкл.ном или действующего значения I вкл.ном с максимальным или действующим значением тока к. з. установки:
(52-3)
или
(52-4)
По термической устойчивости выключатель выбирается из условия
Выбор выключателей нагрузки с предохранителями проводится аналогичным образом, но с учетом того, что предельный ток отключения предохранителя выбирается по току сверхпереходного режима:
(52-6)
или
(52-7)
Следует отметить, что наиболее тяжелый режим для выключателя нагрузки — режим включения на ток к. з., поэтому ударный ток к. з. в этом случае необходимо определять по возможности точнее.
Выбор разъединителей производится по условиям: 1) род установки; 2) конструктивное выполнение (однополюсный, трехполюсный); 3) напряжение; 4) номинальный длительный ток. Выбранные разъединители проверяются по динамической и термической устойчивости.
Таблица 52-1
Расчетная таблица к примеру
Из сравнения данных каталога с расчетными видно, что маломасляный выключатель типа ВМГ-133 удовлетворяет всем условиям. Воздушный же газогенерирующий выключатель типа ВГ-10М по условиям динамической устойчивости при включении на короткое замыкание не может быть принят.
Выбор разъединителя производится аналогично выбору выключателя. Сравнение данных трехполюсного разъединителя типа РВ-10/400 по каталогу с расчетными данными (см. табл. 52-1) показывает, что данный тип разъединителя удовлетворяет всем условиям.
Высоковольтные кварцевые предохранители выбираются по следующим условиям: 1) по номинальному напряжению; 2) по номинальному току; 3) по току отключения короткого замыкания.
Номинальный ток плавкой вставки предохранителя должен быть выбран так, чтобы вставка не расплавлялась в форсированном режиме и при переходных процессах, т. е. при колебаниях нагрузки, и при включениях силового трансформатора, когда намагничивающий ток достигает 8—10-кратной величины. Выбор плавкой вставки для защиты силовых трансформаторов производится по справочникам в соответствии с их номинальной мощностью.
По току отключения плавкая вставка кварцевого предохранителя должна удовлетворять условию (52-6) или (52-7).
§ 53. Выбор реакторов
Реакторы представляют собой индуктивное сопротивление, включаемое в рассечку фаз высокого напряжения. При коротком замыкании реакторы ограничивают ток к. з. и поддерживают напряжение у потребителей, подключенных к шинам до реактора.
Известно, что момент вращения асинхронных двигателей пропорционален квадрату напряжения и при напряжении 0,5 Uном близок к «опрокидывающему» значению. Следовательно, при наличии в сети электродвигателей остаточное напряжение желательно иметь не менее 60—70% от номинального.
Применение реакторов позволяет установить на тяговых подстанциях более легкое или типовое оборудование. В первую очередь это относится к выключателям, а также к кабелям и трансформаторам тока.
Потери мощности в реакторе значительные (0,2—0,3%), поэтому целесообразность применения реактора должна быть определена из сравнения стоимости реактора и разницы в стоимости оборудования (с реактором и без реактора), с учетом потерь энергии в реакторе.
Выбор реакторов производится по следующим условиям: 1) номинальное напряжение; 2) номинальный ток; 3) индуктивное сопротивление, ограничивающее ток к. з. Выбранный реактор проверяется по остаточному напряжению на шинах установки до реактора.
Определение тока к. з. с учетом индуктивного сопротивления реактора было разобрано в гл. IV. Практически реактор приходится выбирать лишь после того, как на основании сравнения расчетных данных с характеристикой аппаратов обнаружится, что тот или иной аппарат не удовлетворяет требованиям. Так было с выключателем типа ВГ-10М в примере 52-1.
Выбрать соответствующий реактор можно путем подбора при пересчетах токов к. з. При этом могут быть три вида пересчета, соответствующие случаям, когда оборудование не подходит по току отключения, по динамическому действию или по термическому действию.
Если полученное значение сопротивления реактора более 6—8%, то в большинстве случаев вместо применения реактора целесообразнее заменить тип аппаратов, так как в противном случае потери в реакторе превысят 4—5%.
Реактор, выбранный по условиям ограничения тока, следует проверить по остаточному напряжению, которое желательно иметь в пределах 60—70%:
(53-1)
Выбранный реактор необходимо проверить на динамическую и термическую устойчивость по условиям
(53-2)