Способ определения места установки устройств секционирования воздушной линии напряжением 380 в
Владельцы патента RU 2610899:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") (RU)
Использование: в области электротехники. Технический результат – уменьшение времени срабатывания защиты. Согласно способу рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания по длине этой воздушной линии с учетом сопротивления дуги в месте замыкания и эффекта «теплового спада», строят график функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В между трансформаторной подстанцией и точкой однофазного короткого замыкания, выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток вставки плавкого предохранителя и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, рассчитывают и строят на графике по паспортным защитным времятоковым характеристикам вставки выбранного плавкого предохранителя и графику функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В зависимость времени срабатывания выбранного плавкого предохранителя от длины воздушной линии напряжением 380 В, определяют по этой зависимости зону защиты выбранного плавкого предохранителя, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, в которой обеспечивается время срабатывания не более 5 секунд, устанавливают в конце его зоны защиты секционирующий плавкий предохранитель, если установленный в начале воздушной линии напряжением 380 В плавкий предохранитель не обеспечивает защиту всей линии со временем срабатывания не более 5 секунд, причем номинальный ток вставки секционирующего плавкого предохранителя выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов нагрузки оставшегося участка воздушной линии напряжением 380 В. 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для защиты от однофазных коротких замыканий на четырехпроводных воздушных линиях напряжением 380 В для обеспечения электробезопасности людей, пожаро- и взрывобезопасности электрооборудования.
Известен способ проектирования зануления в силовых установках [Спеваков П.И. К проектированию сетей зануления в силовых установках. - Электричество. - 1939. - №8. - С. 69], в котором для определения параметров цепей зануления используют отношение однофазного короткого замыкания к номинальному току плавкого предохранителя, равного 2,5. Недостатком данного способа является то, что он предназначен только для определения сечений и длин заземляющих магистралей воздушных линий напряжением 380 В.
Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и техническому результату является способ защиты воздушной линии электропередачи напряжением 380 В [Спеваков П.И. Проверка на автоматическое отключение линий в сетях до 1000 В. - М.: Энергия, 1971. - 88 с. «Методические указания по выбору устройств релейной защиты в сетях 0,38-35 кВ сельскохозяйственного назначения» // Руководящие материалы по проектированию электроснабжения сельского хозяйства, №11. - М.: ВГПИНИИ «Сельэнерго-проект», 1976. - 116 с.], принятый за прототип, в котором рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания по длине воздушной линии, определяют отношение минимального тока однофазного короткого замыкания к номинальному току плавкого предохранителя, установленного в начале воздушной линии, по предельному значению этого отношения, равного 3, определяют зону защиты плавкого предохранителя, установленного в начале воздушной линии, и в конце указанной зоны защиты устанавливают секционирующий плавкий предохранитель, который обеспечивает защиту воздушной линии на последующих ее участках.
Недостатком прототипа является, во-первых, использование для расчета минимальных токов однофазного короткого замыкания упрощенного метода «петли фаза-нуль», основанного на применении упрощенного определения параметров схемы замещения, а также не учитывающего сопротивления дуги в месте однофазного короткого замыкания и теплового изменения сопротивлений элементов электрической сети при протекании по ним тока короткого замыкания (эффекта «теплового спада»), во-вторых, время срабатывания плавкого предохранителя при однофазном коротком замыкании в конце определенной зоны защиты достигает 80-100 секунд, в-третьих, не удовлетворяются требования к расчету и выбору параметров защитных аппаратов [п.1.7.79, «Правила устройства электроустановок», 7-е издание], которые устанавливают время отключения повреждения не более 5 секунд.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении времени срабатывания устройства защиты воздушной линии напряжением 380 В не более 5 секунд.
Указанный технический результат достигается за счет того, что способ определения места установки устройств секционирования воздушной линии напряжением 380 В характеризуется тем, что рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания по длине этой воздушной линии с учетом сопротивления дуги в месте замыкания и эффекта «теплового спада», строят график функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В между трансформаторной подстанцией и точкой однофазного короткого замыкания, выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток вставки плавкого предохранителя и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, рассчитывают и строят на графике по паспортным защитным времятоковым характеристикам вставки выбранного плавкого предохранителя и графику функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В зависимость времени срабатывания выбранного плавкого предохранителя от длины воздушной линии напряжением 380 В, определяют по этой зависимости зону защиты выбранного плавкого предохранителя, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, в которой обеспечивается время срабатывания не более 5 секунд, устанавливают в конце его зоны защиты секционирующий плавкий предохранитель, если установленный в начале воздушной линии напряжением 380 В плавкий предохранитель не обеспечивает защиту всей линии со временем срабатывания не более 5 секунд, причем номинальный ток вставки секционирующего плавкого предохранителя выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов нагрузки оставшегося участка воздушной линии напряжением 380 В.
Сущность изобретения поясняется графическим материалом, представленным на фиг. 1 и 2.
Так, на фиг. 1 представлена схема электрической сети напряжением 380 В и графическая интерпретация определения зоны защиты воздушной линии от однофазных коротких замыканий; на фиг. 2 приведены паспортные защитные времятоковые характеристики tS.F=f(L) вставки плавкого предохранителя.
На схеме электрической сети показаны: Т - трансформатор напряжением 6-10/0,4 кВ, к которому через плавкий предохранитель F подключена четырехпроводная воздушная линия напряжением 380 В (ВЛ-380 В); F1 и F2 - плавкие предохранители, используемые для секционирования воздушной линии. На графике показаны: - зависимость минимального тока однофазного короткого замыкания от длины воздушной линии; tS.F=f (L) - зависимость времени срабатывания плавкого предохранителя при однофазном коротком замыкании от длины воздушной линии.
Для интерпретации рассматриваемого способа в качестве примера взята электрическая сеть напряжением 380 В, которая питается от силового трансформатора Т типа ТМГ-160/10/0,4 со схемой соединения обмоток Y/YH. Воздушная линия напряжением 380 В имеет длину 500 м и выполнена неизолированным проводом АС-3×35+1×35 мм2. Для защиты воздушной линии в ее начале в трансформаторной подстанции установлен плавкий предохранитель F типа ПН-2 с номинальным током вставки IF.НОМ=100 А, значение которого выбрано из условия отстройки от рабочих и пусковых токов нагрузки воздушной линии. Вставка плавкого предохранителя F имеет паспортную защитную времятоковую характеристику tF=f(IF) с ±50%-ной зоной разброса срабатывания (фиг. 2). При рассмотрении характеристик защиты воздушной линии использована верхняя времятоковая характеристика (+50% разброса), соответствующая максимальным временам срабатывания плавкого предохранителя.
Сущность заявляемого способа определения места установки устройств секционирования воздушной линии 380 В заключается в следующих последовательных действиях:
1. Рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания 
для каждой точки Li воздушной линии напряжением 380 В (фиг. 1) в несколько этапов с учетом сопротивления дуги в месте замыкания и эффекта «теплового спада», т.е. получают зависимость
1.1. Рассчитывают изменение сопротивления 
электрической сети напряжением 380 В минимальному току однофазного короткого замыкания по длине воздушной линии:
где R1∑, R2∑, R0∑, Х1∑, Х1∑, X0∑ - активные и индуктивные сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательности электрической сети напряжением 380 В, включающие в себя сопротивления питающего трансформатора напряжением 10/0,4 кВ и сопротивления воздушной линии напряжением 380 В, которые изменяются в зависимости от длины этой линии.
1.2. Рассчитывают согласно положениям [ГОСТ 28249-93. Короткие замыкания в электроустановках: Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением до 1кВ. - М.: Изд-во стандартов, 1994. - 42 с.] минимальный ток 
металлического однофазного короткого замыкания в различных точках, расположенных по длине воздушной линии:
где UCP.НН - среднее линейное напряжение на стороне низшего напряжения силового трансформатора Т.
1.3. Рассчитывают уменьшение минимального тока дугового однофазного короткого замыкания, обусловленное наличием в месте замыкания сопротивления дуги RД и определяемое понижающим поправочным коэффициентом 
:
1.4. Рассчитывают сначала увеличение активных сопротивлений фазного и нулевого проводов из-за нагрева ϑ при протекании по ним дугового минимального тока однофазного короткого замыкания (от эффекта «теплового спада»), потом соответствующее изменение полного сопротивления цепи току дугового однофазного короткого замыкания 
1.5. Рассчитывают минимальный ток однофазного короткого замыкания
с учетом сопротивления дуги RД и эффекта «теплового спада» ϑ:
2. Строят график функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В между трансформаторной подстанцией и точкой однофазного короткого замыкания 
с учетом сопротивления дуги RД и эффекта «теплового спада» ϑ (далее будем использовать упрощенную запись 
см. фиг. 1.
3. Выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток IF.НОМ вставки плавкого предохранителя F и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В для ее защиты.
4. Рассчитывают, используя паспортные защитные времятоковые характеристики tF=f(IF) вставки выбранного плавкого предохранителя и график функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В 
зависимость времени срабатывания tS.F плавкого предохранителя от длины L защищаемой линии tS.F=f(L) и строят ее на графике, приведенном на фиг 1.
Расчет зависимости tS.F=f(L) проводят в следующем порядке. Для каждого значения длины линии Li по графику 
определяют значение минимального тока 
. По паспортной защитной времятоковой характеристике (с +50%-ным разбросом) вставки плавкого предохранителя tF=f(IF), приведенной на фиг. 2, для каждого значения тока короткого замыкания 
и, соответственно, для каждой точки воздушной линии Li находят соответствующее время tS.Fi срабатывания плавкого предохранителя - в результате получается зависимость tS.F=f(L) - изменение времени срабатывания tS.F плавкого предохранителя по длине воздушной линии L.
5. Определяют, руководствуясь требованиями [п.1.7.79, «Правила устройства электроустановок», 7-е издание] о том, что время отключения повреждения не должно превышать tS.F1=5 секунд, по зависимости tS.F=f(L) зону защиты LЗ.1 выбранного плавкого предохранителя F, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В.
6. Устанавливают в конце зоны защиты LЗ.1 секционирующий плавкий предохранитель F1 на ближайшую опору, находящуюся внутри зоны защиты LЗ.1, т.е. ближе к трансформатору Т, если установленный в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В плавкий предохранитель F не обеспечивает защиту всей линии со временем срабатывания не более 5 секунд. Причем номинальный ток вставки секционирующего плавкого предохранителя F1 выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов нагрузки оставшегося участка воздушной линии напряжением 380 В.
При таком порядке установки секционирующего плавкого предохранителя F1 обеспечивается требование п. 1.7.79 Правил устройства электроустановок 7-го издания - время срабатывания плавкого предохранителя F, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, не превышает iS.F.1=5 секунд, при этом минимальный ток однофазного короткого замыкания в конце зоны защиты LЗ.1, определенный по зависимости 
равен 
, а коэффициент чувствительности защиты воздушной линии составляет:
В заключение покажем какие характеристики имеет защита, построенная на основе прототипа. Исходным моментом для построения этой защиты является положение о том, что минимальное значение коэффициента чувствительности должно быть равно трем, т.е. КЧ=3 - этому соответствует значение минимального тока однофазного короткого замыкания 
Отложив по оси ординат значение этого тока и проведя горизонтальную линию до пересечения с кривой 
получим длину LЗ.2, соответствующую концу зоны защиты плавкого предохранителя F, где должен быть установлен секционирующий плавкий предохранитель F2. Теперь, зная длину LЗ.2, по кривой tS.F=f(L) определим время срабатывания плавкого предохранителя F в конце зоны LЗ.2 защиты - tS.F.2=80 с.
Таким образом, видно, что при возникновении однофазного короткого замыкания в конце зоны защиты, построенной на основе положений прототипа, при коэффициенте чувствительности КЧ=3 время перегорания плавкого предохранителя равно 80 с, что намного больше требований п. 1.7.79 «Правил устройства электроустановок» 7-го издания.
Способ определения места установки устройств секционирования воздушной линии напряжением 380 В, характеризующийся тем, что рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания по длине этой воздушной линии с учетом сопротивления дуги в месте замыкания и эффекта «теплового спада», строят график функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В между трансформаторной подстанцией и точкой однофазного короткого замыкания, выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток вставки плавкого предохранителя и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, рассчитывают и строят на графике по паспортным защитным времятоковым характеристикам вставки выбранного плавкого предохранителя и графику функции изменения величины минимального тока однофазного короткого замыкания от длины участка воздушной линии напряжением 380 В зависимость времени срабатывания выбранного плавкого предохранителя от длины воздушной линии напряжением 380 В, определяют по этой зависимости зону защиты выбранного плавкого предохранителя, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В, в которой обеспечивается время срабатывания не более 5 секунд, устанавливают в конце его зоны защиты секционирующий плавкий предохранитель, если установленный в начале воздушной линии напряжением 380 В плавкий предохранитель не обеспечивает защиту всей линии со временем срабатывания не более 5 секунд, причем номинальный ток плавкой вставки секционирующего предохранителя выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов нагрузки оставшегося участка воздушной линии напряжением 380 В.
