ГЛАВА 5. РАБОТА ВН-ВП В СЕТИ
Силовые выключатели в сетях среднего класса напряжения в основном применяются в распределительных пунктах (РП), где кроме коммутации токов они выполняют функцию защиты от токов короткого замыкания. Применения выключателей нагрузки ограничено трансформаторными подстанциями (ТП), где они выполняют функцию коммутации номинальных токов. Так же в безфидерных сетях, силовые выключатели устанавливаются и в ТП на фидерах[7]. В итоге, область применения силовых выключателей расширена до предела. Однако силовой выключатель в безфидерной сети можно успешно заменить комбинацией ВН-ВП. Отсутствие ясного представления о совместной работе выключателя нагрузки и высоковольтного предохранителя может привести к неправильному выбору параметров оборудования и,следовательно, в дальнейшем может привести к развитию аварийной ситуации.
Требования, предъявляемые к ВН-ВП
Отсутствие в отечественной нормативной литературе стандартов и документаций к применению ВН-ВП также усугубляет ситуацию[1,2,8]. Далее изучим совместную работу ВН-ВП подробнее.
Выбор оборудования производится исходя из номинальной мощности подстанции, т.е. мощности трансформатора. Номинальный ряд мощностей для трансформаторов 6-10 кВ: 50, 75, 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2500.
При выборе оборудования защиты основным параметром примем номинальный ток трансформатора IН.тр. Дальнейший анализ производится с использованием
где I - текущий ток в подстанции.
Выбор предохранителя производится исходя из номинального тока трансформатора согласно таблице 5.1.
Таблица 5.1
С целью анализа взаимодействия ВН-ВП рассмотрим диаграмму, поясняющую работу выключателя нагрузки и высоковольтного предохранителя приведенную на рис.5.1[9].
Точка iΗΠ соответствует номинальному току предохранителя, который обычно равен 2.i3— максимально выдерживаемый предохранителем ток перегрузки. in — ток переноса, значение тока при котором коммутационная функция полностью переходит на высоковольтный предохранитель. В процессе увеличении токов перегрузки имеется зона im-i3неустойчивости. Эта неустойчивость объясняется процессами в предохранителях при 3-х фазном коротком замыкании. Если сначала перегорит только одна плавкая вставка, то это замыкание перейдет в 2-х фазное, следовательно, ток, протекающий через предохранители уменьшиться, и оставшиеся две плавкие вставки будут дольше плавиться, что приведет к увеличению времени аварийного режима. Во избежание таких ситуаций бойок предохранителя предназначавшийся как сигнализатор срабатывания выполняется в виде ударного устройства, которое используют как сигнал на отключение выключателя нагрузки. В этой зоне нет четкого тока срабатывания бойка, это и объясняет неустойчивость. Также этот режим объясняется технологическими дефектами предохранителей (например, перетяжка проволочек плавкой вставки). При относительном большем или равном току in коммутационные функции полностью передаются на высоковольтные предохранители.
Рис. 5.1. Диаграмма взаимодействия ВН-ВП
Для четкого представления о работе комбинации ВН-ВП необходимо знать, как определять граничные токи im ,in. Их правильное определение обеспечит надежную защиту трансформатора от повреждений.
В отечественной нормативной литературе нет указаний по определению значений этих токов [1, 2, 8]. Между тем, в международной практике стандарт МЭК 62271-105 дает указания по определению этих токов [10]. Рассмотрим эти указание подробней.
im - ток приема, минимальное значение силы тока, при которой функция коммутации переходит от выключателя нагрузки к предохранителям. Для его определения необходимо построить на одном графике времятоковую характеристику предохранителя и характеристику реле, после чего найти точку их пересечения. Пример определения тока приема приведен на рис. 5.2
Рис. 5.2. Определение тока приема
Для определения тока переноса in необходимо иметь времятоковую характеристику предохранителя. Так как времятоковые характеристики предохранителей обладают разбросом примерно в ±20% необходимо построить максимальную и минимальную времятоковые характеристики. Далее зная ток трехфазного короткого замыкания Iк.з, определяем момент, когда перегорит первый по скорости предохранитель, т.е. находим точку пересечения Iк.з с минимальной времятоковой характеристикой. В этот момент времени t1 происходит перегорание предохранителя и срабатывания ударного устройства. После этого трехфазное короткое замыкание переходит в двухфазное. Значение тока становится равным 0,87Iк.з. Определяем момент времени, когда перегорит второй по скорости предохранитель, т.е. находим точку пересечения 0,87Iк.з и усредненной времятоковой характеристикой.
Разница времен t2-t1 должна быть меньше чем собственное время отключения выключателя Т0. В итоге ток переноса определяется как ток, который к моменту времени 0,9 Т0 расплавит самый быстродействующий предохранитель. Пример определения тока переноса приведен на рис. 5.3.
Рис. 5.3.Определение тока переноса
Так же необходимо учитывать следующие требования, предъявляемые к ВН-ВП:
- Предохранитель должен выдерживать в течение 100 мс ток равный номинальному току отключения без внешних разрушений. Иными словами – допустимое время горения дуги без повреждения предохранителя должно быть больше, чем время размыкания коммутационного аппарата при срабатывании ударного устройства.
- Предохранитель обязан выдерживать ток длительно допустимой перегрузки трансформатора, приблизительно равный 50%.
3. Предохранитель обязан выдерживать токи перегрузки связанные с включением трансформатора на холостой ход или на малую нагрузку. Обычно это значение принимается на уровне:
(5.1)
4. Предохранитель должен обеспечить отключение тока короткого замыкания трансформатора быстрее, чем функция коммутации перейдет к выключателю нагрузки, так как он может не отключить такую большую величину тока. Ток короткого замыкания определяется по формуле:
(5.2)
где Z сопротивление короткого замыкания в процентах от сопротивления трансформатора. Значение Z обычно принимается на уровне 5 процентов.
Из последнего правила вытекают некоторые сложности. Если ранее время отключения тока короткого замыкания формировалось на уровне 2с, то теперь оно должно согласоваться со временем отключения выключателя. Время отключения выключателей нагрузки находится на уровне 20-80 мс, что значительно усложняет выбор предохранителей для комбинации ВН-ВП.
