Online Electric

В статье рассмотрен способ выбора автоматических выключателей в щитах собственных нужд 0,4 кВ и присоединяемым к ним кабелей. Описаны требования к защите кабельных линий автоматическими выключателями и приведена последовательность выполнения расчётных проверок.

Установки собственных нужд являются важным элементом электростанций и подстанций. Повреждение в системе собственных нужд неоднократно приводили к нарушению работы электростанций и к аварийному состоянию энергосистем. Питание, защита и резервирование потребителей собственных нужд напряжением 380 В и частотой 50 Гц производится с помощью щита переменного тока или щита собственных нужд (далее ЩСН). ЩСН обеспечивает селективную защиту от однофазных, межфазных замыканий, перегрузки [1].

В настоящее время на энергопредприятиях выбор коммутационных аппаратов для ЩСН 0,4 кВ заключается в выборе автомата с номинальным током, соответствующим данной нагрузке и в определении уставки тока и времени срабатывания (в порядке возрастания по направлению к источнику питания). Однако, в некоторых случаях выполнение этих условий не является достаточным, что влечёт за собой несрабатывание защиты или не правильная её работа. Причинами сбоя могут быть:

- неселективная работа устройств защиты

- их недостаточная чувствительность

- ложное срабатывание при максимальном пусковом токе [2].

Последствия неправильной работы защиты могут быть значительными, одним из которых является перегрев кабеля, ведущий к его возгоранию.

Для решения описанной выше проблемы был выполнен комплекс исследований, целью которого являлось повышение надёжности работы щита переменного тока. В результате был разработан метод расчёта, включающий в себя комплексный подход к выбору коммутационных аппаратов и кабелей в ЩСН 0,4 кВ. Были учтены все возможные факторы, влияющие на неправильную работу защит.

Основа метода заключается в нахождении максимальных и минимальных токов короткого замыкания (далее КЗ). Токи КЗ необходимы для проверки выбранного автоматического выключателя на отключающую способность и на чувствительность.

Далее каждый элемент выключателя (расцепитель и электромагнит отключения) рассматривается отдельно.

Уставку теплового расцепителя – защиту от перегрузки – необходимо проверить по следующим параметрам:

- максимальный рабочий ток

где I_УСТ – уставка по току;

K_Н =1,2÷1,4 – коэффициент надёжности;

I_{раб.макс} – максимальный рабочий ток.

- длительно допустимый ток кабеля (в случае выбора автомата для двигательной или осветительной нагрузки)

где I_н.р. – номинальный ток расцепителя;

I_доп – длительно допустимый ток кабеля.

-чувствительность в конце защищаемого участка

где k_{Ч –}коэффициент чувствительности;

I⁽¹⁾_{КЗ МИН} – минимальный ток однофазного короткого замыкания;

I_н.р. – номинальный ток расцепителя;

-селективность:

с вышестоящими автоматическими выключателями

а с нижестоящими автоматическими выключателями –

где К_СОГЛ =1,25 – коэффициент согласования;

I_{УСТ.ВЫШ.АВ} – уставка по току вышестоящего автоматического выключателя;

I_{УСТ.НИЖ.АВ} – уставка по току нижестоящего выключателя.

Уставкуэлектромагнитногорасцепителя – защиту от коротких замыканий – необходимо проверить по следующим параметрам:

-максимальный рабочий ток

I_УСТ>K_Н·I_{раб.макс},

где I_УСТ –ток уставки;

K_Н =1,2÷1,4 – коэффициент надёжности;

- I_{раб.макс} – максимальный рабочий ток.

-несрабатывание при пусковом токе (в случае выбора автомата для двигательной нагрузки)

где I_С.З. – ток самозапуска двигателя.

-чувствительность в конце защищаемого участка

где K_P – коэффициент разброса срабатывания отсечки;

I⁽¹⁾_{КЗ МИН} – однофазный минимальный ток КЗ.

Также селективность проверяется по время-токовым характеристикам методом составления карт селективности. На рисунке 1 представлена карта селективности двух выключателей: NSX400F с номинальным током 4800А, токами теплового и электромагнитного расцепителей 4800 А и 1600 А и АВМ10С с номинальным током 1000 А, токами теплового и электромагнитного расцепителей 1000 А и 6000 А. Выключатель типа NSX400F является нижестоящим. Срабатывание данного выключателя при КЗ на линии должно происходить с меньшим временем, соответственно его характеристика должна располагаться ниже характеристики выключателя типа АВМ10С в пределах максимальных и минимальных токов КЗ. [3].

В результате выполнения всех вышеперечисленных условий можно сделать вывод, что все параметры выбранного автоматического выключателя удовлетворяют требованиям, что обеспечивает более эффективную защиту шин и отходящих линий от ненормальных режимов и повреждений.

Надёжность защиты достигается с помощью её резервирования. В случае отказа основной защиты срабатывает вышестоящий выключатель. Однако, следует отметить, что время срабатывания резервной защиты больше времени срабатывания основной защиты на ступень селективности. На протяжении этого времени по кабелю протекает ток КЗ, который вызывает нагрев жилы. Температура нагрева может достигнуть высокого значения, провоцирующего возгорание. Так как кабели проложены плотно друг к другу, то может возникнуть крупный пожар, который приведет к выгоранию всех кабелей в пределах кабельного сооружения. Чтобы избежать таких серьезных повреждений, несущих за собой не только финансовые убытки, но и угрозу для жизни персонала, при выборе оборудования необходимо проверять все кабели на невозгорание [2].

Рисунок 1 – Карта селективности автоматических выключателей

При проверке проводников на термическую стойкость в качестве расчётной продолжительности короткого замыкания следует принимать сумму двух времён: времени действия основной защиты (с учётом действия АПВ), воздействующей на ближайший к месту короткого замыкания выключатель, и полного времени отключения этого выключателя [4].Температура нагрева кабеля при протекании тока КЗ за время действия резервной защиты не должна превышать длительно допустимое значение тока для существующего кабеля [5].

Практическое использование изложенного метода показало необходимость совершенствования существующих методов расчёта параметров защитных коммутационных аппаратов. Данное мероприятие влечёт за собой финансовую выгоду, а также повышение уровня надежности и качества работы оборудования в сети 0,4 кВ.

Список литературы

1. Чернобровов, Н. В. Релейная защита энергетических систем : учеб.пособие для техникумов [Текст] / Н. В. Чернобровов, В. А. Семенов. – М. :Энергоатомиздат, 1998. – 800 с. : ил.

2. Шабад, М. А. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей [Текст] / М. А. Шабад. – 3-е изд., перераб. и доп. – Л. :Энергоатомиздат. Ленинградское отделение, 1985. – 296 с. : ил.

3. Голубев, М. Л. Защита вторичных цепей от коротких замыканий [Текст] / М. Л. Голубев. – М. :Энергоиздат, 1982. – 80 с.: ил.

4. Циркуляр Ц-02-98(э) О проверке кабеля на невозгорание при воздействии тока короткого замыкания [Текст] / РАО «ЕЭС России». – 7 с.

5. Правила устройства электроустановок [Текст]. — СПб.: Издательство ДЕАН, 2003.-928 с.