Axelid@mail.ru
МТС - (8029)8733550

Выбор расцепителей защиты и проверка селективности автоматических выключателей сети 0,4кВ

Электромагнитный расцепительДля проектирования надежного и бесперебойного электроснабжения электроустановок потребителей необходимо учитывать селективность срабатывания защитных апаратов при повреждениях и ненормальных режимах работы электрических сетей.
Под селективностью понимают свойство защиты, обеспечивающее эффективное отключение только поврежденного участка системы при коротких замыканиях(к.з.) и ненормальных режимах работы, посредством отключения автоматических выключателей(АВ).
Рассмотри систему электроснабжения , состоящую из трех уровней:уровень 1 – комплектная трансформаторная подстанция(КТП), уровень 2 – промежуточный распределительный щит(РЩ), уровень 3 – щит конечного распределения(ЩР).

Выберем аппараты защиты на каждом уровне и обеспечим селективность их работы.

Для лучшего восприятия информации выберем силовой трансформатор мощностью 1000кВА, рассчитаем токи короткого замыкания  и представим все в виде схемы системы электроснабжения.

Следует понимать, что величина указанных токов к.з. носит приблизительный характер, поскольку зависит от схемы электроснабжения каждого конкретного объекта, однако для оценки уровня(порядка) величины т.к.з который понадобиться нам для изучения вопросов выбора и согласования селективности защитных аппаратов этого вполне достаточно.

При выполнении расчетов расстояние между КТП и РЩ, РЩ и ЩР принято равным 100м, расстояние от сборок до электродвигателей принято равным 50м.

Для того, чтобы рассчитать токи к.з. можно воспользоваться  программой Расчет токов короткого замыкания в сети до 1кВ

Программа имеет удобный, интуитивно понятный интерфейс и на много ускоряет механический процесс расчета т.к.з.

Система электроснабжения для расчета РЗА

Выбор расцепителей защитных аппаратов системы электроснабжения

В качестве выключателя ввода питания 1Q1, а также секционного выключателя 1Q3, принимаем селективные автоматические выключатели со следующими характеристиками расцепителя защиты:

1.Защита от токов перегрузки, с регулируемой по току и времени обратнозависимой характеристикой.

Диапазон регулировки обычно составляет Ip=0,4…1Iн по току и tр=0,5…20с по времени.

Регулировка по времени приводится для тока расцепителя равного 6Iр.

Ток расцепителя должен быть больше либо равен наибольшего расчетного тока, протекающего через автоматический выключатель Iр≥Iраб.макс.

2.Селективная токовая отсечка, с регулировкой по току и времени.

Диапазон регулировки обычно составляет Iотс=2….10 Iр по току и tр=0,1…0,4с по времени;

3.Мгновенная токовая отсечка, с регулировкой или постоянной уставкой по току.

Диапазон регулировки обычно составляет Iотс=2…15 Iн;
4.Защита от замыканий на землю, с регулировкой по току и времени.

Диапазон регулировки обычно составляет Iоз=0,2….1 Iн по току и tр=0,1…0,8с по времени.
Защита используется при недостаточной чувствительности токовой отсечки автоматического выключателя при однофазных коротких замыканиях.

Необходимость ее применения определяется расчетом токов короткого замыкания и проверкой чувствительности отсечки АВ.

В нашем случае ее применение не является обязательным, поскольку уровень токов однофазного к.з. на шинах КТП даже превышает уровень токов трехфазного к.з., однако использование ее как резервной защиты при коротких замыканиях на отходящих присоединениях(т.к. уставку по току срабатывания можно выставить значительно меньше чем отсечка АВ) повысит надежность работы всей системы.
5.Тип расцепителя – микропроцессорный(полупроводниковый).

На линии от КТП питающей распределительный щит РЩ выбираем селективный автоматические выключатели 1QF1,1QF3 со следующими характеристиками расцепителя защиты:

1.Защита от токов перегрузки, с регулировкой по току и времени c обратнозависимой характеристикой;

2.Селективная токовая отсечка, с регулировкой по току и времени;
3.Мгновенная токовая отсечка, с регулировкой или постоянной уставкой по току;
4.Тип расцепителя – микропроцессорный(полупроводниковый).

На линиях от КТП, питающих электродвигатели,  выбираем автоматические  выключатель 1QF1 со следующими характеристиками расцепителя защиты:

1.Защита от токов перегрузки, с регулировкой по току и времени обратнозависимой характеристикой;
2.Мгновенная токовая отсечка, с регулировкой или постоянной уставкой по току;
3.Тип расцепителя – микропроцессорный(полупроводниковый).

На линии от РЩ, питающей распределительный щит конечного напряжения ЩР, выбираем селективный автоматический выключатель 2QF2 со следующими характеристиками расцепителя защиты:

1.Защита от токов перегрузки, с регулировкой по току с обратнозависимой характеристикой;
2.Селективная токовая отсечка, с регулировкой по току и постоянной либо регулируемой в небольших пределах 20-100мс регулировкой по времени;
3.Мгновенная токовая отсечка, с регулировкой или постоянной уставкой по току; 
4.Тип расцепителя – микропроцессорный(полупроводниковый).

На линии от РЩ питающей электродвигатель выбираем автоматический выключатель 2QF1 со следующими характеристиками расцепителя защиты:

1.Защита от токов перегрузки, с регулировкой по току и обратнозависимой характеристикой;
2.Мгновенная токовая отсечка, с регулировкой или постоянной по току уставкой; 
3.Тип расцепителя – термомагнитный.

На линиях, отходящих от ЩР, выбираем автоматические выключатели со следующими характеристиками расцепителя защиты:

1.Защита от токов перегрузки, с нерегулируемой по току и времени обратнозависимой характеристикой;
2.Мгновенная токовая отсечка, с нерегулируемой по току и времени линейной характеристикой;
3.Тип расцепителя – термомагнитный.

Наиболее распространенными в применении с такими расцепители защиты - автоматические выключатели модульного типа.
Автоматические выключатели модульного типа, в зависимости от величины тока при котором они отключаются без выдержки времени, имеют защитные характеристики следующих типов - В,С,D,K,Z.

На вводе питания в РЩ и ЩР устанавливаем выключатели нагрузки 2S1 и 3S1.

Выбор уставок защит

Выбор уставок защит всегда производится от нижнего к верхнему уровню.

Про выбор уставок для выключателей модульного типа, установленных на щите конечного напряжения ЩР, от которого питаются преимущественно единичные потребители можно прочитать в статье про выбор автоматических выключателей 0,4кВ.

Далее перейдем к защитам 1-го и 2-го уровней.

Выбор уставок защит автоматических выключателей питающих электродвигатель и нагрузки с пусковыми токами

К таким АВ в нашей системе относятся выключатели  1QF1 и 2QF1

Выбор токовой отсечки

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по условию несрабатывания при пусковом токе линии

Iто≥КнхIпуск;        (1)
Кн=1,05хКзхКрхКа- коэфициент надежности;
1,05 – учитывает, что напряжение поддерживается на 5% выше номинального;
Кз – коэфициент запаса, принимается равным 1,1;
Кр – коэфициент разброса, в зависимости от типа расцепителя лежит в диапазоне 1,1-1,3;
Ка – коэфициент наличия апериодической составляющей, в зависимости от типа расцепителя лежит в диапазоне 1-1,4;
Для расчетов приближенно можно принять коэфициент надежности:
Кн=1,5 – для выключателей имеющих настраиваемый селективный расцепитель;
Кн=2 – для выключателей с электромагнитным расцепителем;
При отсутсвии пускового тока у нагрузи(активная нагрузка), Кн=1,5 для расцепителей любого типа.
2QF1
Iто ≥ 2х450А≥ 900А;
1QF1
Iто ≥ 1,5х900А≥ 1350А.

1QF3
Iто ≥ 1,5х1000А≥ 1500А.

Оценка чувствительности токовой отсечки

Кч=Iк.з.мин/Iто;
Iк.з.мин – минимальный ток короткого замыкания в конце линии;
Iто – ток срабатывания токовой отсечки;
Кч≥1,4-1,5;
2QF1
Кч=2000/900=2,2>1,5;
1QF1
Кч=4000/1350=3,0>1,5;

1QF3
Кч=4000/1500=2,7>1,5;

Защита от токов перегрузки

Ток срабатывания защиты от перегрузки выбирается по условию несрабатывания при номинальной нагрузке линии

Iсп≥КнхIном;          (2)
Кн=1,2 - для выключателей с термомагнитными расцепителями;
Кн-1,0 – для выключателей с полупроводниковыми и электронными расцепителями;
Для нагрузок не имеющих в своем составе электродвигателей и др. нагрузок с пусковыми токами коэффициент Кн в расчетную формулу не вводится;
Iном – номинальный ток линии.

2QF1
Iсп ≥ 90А≥ 90А;
1QF1
Iсп ≥ 1,25х180А≥ 180А;

1QF3
Iсп ≥ 200А≥ 200А;

Выбор времени срабатывания

Несрабатывание за время пуска(самозапуска) электродвигателя

tсп ≥ (1,5-2)tпуск;              (3)
2QF1
tсп ≥ 2х1≥ 2с;
1QF1
tсп ≥ 2х2≥ 4с.

Оценка чувствительности защиты от перегрузки

Чувствительность защиты от перегрузки оценивается в том случае, когда на нее возлагается отключение токов однофазного к.з., т.е. токовая отсечка автоматического выключателя имеет недостаточную чувствительность к токам однофазного к.з.
Кч=Iк.з.(1)/Iн.расц. ≥3 – для взрывобезопасной среды;
Кч=Iк.з.(1)/Iн.расц. ≥6 – для взрывоопасной среды.
При этом время отключения токов однофазного к.з. не должно превышать 0,4с.

Если это условие не выполняется рекомендуется выполнять независимую защиту от однофазных к.з.

Выбор уставок защит автоматических выключателей питающих распределительные сети

К таким АВ в нашей системе относятся выключатели ввода питания 1Q1, секционный выключатель 1Q3, выключатели отходящих линий 1QF2, 2QF2.

Выбор токовой отсечки

Ток срабатывания токовой отсечки выбирается по следующим условиям:

1.Несрабатывание при максимальном рабочем токе, с учетом его возрастания при самозапуске электродвигателей.

Iто≥КнхКсзхIраб.мах;     (4)
Кн=1,05хКзхКрхКа- коэфициент надежности;
1,05 – учитывает, что напряжение поддерживается на 5% выше номинального;
Кз – коэфициент запаса, принимается равным 1,1;
Кр – коэфициент разброса, в зависимости от типа расцепителя лежит в диапазоне 1,1-1,3;
Ка – коэфициент наличия апериодической составляющей, в зависимости от типа расцепителя лежит в диапазоне 1-1,4;
Для расчетов приближенно можно принять коэфициент надежности.
Кн=1,5 – для выключателей имеющих настраиваемый селективный расцепитель;
Кн=2 – для выключателей с электромагнитным расцепителем;
При отсутсвии пускового тока у нагрузи(активная нагрузка) Кн=1,5 для расцепителей любого типа.

Ксз определяется из расчета токов самозапуска для полностью заторможенных электродвигателей.

При отсутсвии в составе нагрузки двигателей, подлежащих самозапуску Ксз=1.
Самозапуск электродвигателей может наблюдаться на таких объектах, как электрические станции, котельные, тепловые пункты и т.п.
Т.е. если у вас в составе нагрузки имеются электродвигатели, это совсем не значит, что они будут самозапускаться, большинство электродвигателей просто отключаться при исчезновении(понижении) напряжения, а при его восстановлении не будут включаться самопроизвольно.

Наличие(отсутствие) самозапуска определяется технологическими процессами на объекте и реализуется схемой управления электродвигателей.
Т.о. при отсутствии электродвигателей, подлежащих самозапуску, формула (4) приобретает вид
Iто≥КнхIраб.мах;           (5)
Iраб. мах – максимальный рабочий ток.

При питании от трансформатора, Iраб.мах принимают по мощности трансформатора, с учетом его допустимых перегрузок.

Для нашей расчетной схемы по  условию (5) получаем:
2QF2
Iто ≥ 1,5х170А≥ 255А;
1QF2
Iто ≥ 1,5х300А≥ 450А;
1Q1
Iто ≥ 1,5х1200А≥ 1800А;
1Q3
Iто ≥ 1,5х800≥ 1200А;

2.Несрабатывание при максимальном рабочем токе щита, с учетом пуска наиболее мощного электродвигателя.

Iто≥Кн(Iраб.мах-Iдв.мах+Iпуск. дв. мах.);     (6)
Кн- тоже что и в (4)
Iраб.мах.- максимальный рабочий ток щита;
Максимальный рабочий ток щита следует определять по следующим критериям
1. Iраб.мах>Iрасч.
Iрасч.-расчетный ток щита, т.е. определенный по нагрузкам щита с учетом коэффициента испльзования, либо другими методами.
2.Iраб. мах.< Iнагр.
Iнагр. – сумма максимальных рабочих токов электроприемников, присоединенных к щиту.
3.Iраб.мах≤Iпит.
Iпит-максимальный ток по длительному режиму, выбирается по пропускной способности трансформатора или питающей линии, с учетом перегрузки питающего трансформатора или питающей линии.
Iдв.мах- номинальный ток двигателя с наибольшим пусковым током.
Iпуск. дв. мах. – наибольший пусковой ток электродвигателя.
2QF2
Iто ≥ 1,5х170≥ 255А;
1QF2
Iто ≥ 1,5х(300-90+450)≥ 990А;
1Q1
Iто ≥ 1,5х(1200-200+1000) ≥3000А;
1Q3
Iто ≥ 1,5х(800-200+1000)≥ 2400А.

3.Согласование с отсечками выключателей щитов нижестоящего уровня.

Iто≥КсхIотс.отх;            (7)
Кс=1,3-1,5 – коэффициент согласования;
Iотс.отх – наибольший из токов срабатывания отсечек отходящих от нижестоящего щита линий;

3QF2
Iто =500А;
Ток расцепителя - 5, характеристика С, получаем 50х10=500А.
2QF2
Iто ≥ 1,3х500≥ 650А;
1QF2
Iто ≥ 1,3х900≥ 1170А;
1Q3
Iто ≥ 1,3х1350≥1755А;
1Q1
Iто ≥ 1,3х1755≥2282А;

4.Согласование мгновенной токовой отсечки с токами короткого замыкания сети.

Ток срабатывания мгновенной отсечки селективного автоматического выключателя питающего сборку должен быть больше тока трехфазного к.з. за отходящим от сборки автоматическим выключателем.
Iто.мгн>Iк.з;          (8)

2QF2
Iто.мгн ≥ 6кА;
1QF2
Iто.мгн ≥ 10кА;
1Q3
Iто.мгн ≥ 18кА;
1Q1
Iто.мгн ≥ 18кА;

Окончательно принимаем наибольшие значения токовых отсечек рассчитанных по условиям (4)-(8);
2QF2
Iто≥650А, принимаем Iто=700А;
Iто.мгн ≥ 6кА,
1QF2
Iто≥1170А, принимаем Iто=1200А;
Iто.мгн ≥ 10кА,
1Q3
Iто≥2400А, принимаем Iто=2500А;
Iто.мгн ≥ 18кА,
1Q1
Iто≥3000А, принимаем Iто=3000А;
Iто.мгн ≥ 18кА.
Мгновенная токовая отсечка может быть с регулируемой или постоянной уставкой по току.

Оценка чувствительности токовой отсечки

Кч=Iк.з.мин/Iто (9);
Iк.з.мин – минимальный ток короткого замыкания защищаемого щита(сборки);
Iто – ток срабатывания токовой отсечки;
Кч≥1,4-1,5;

2QF2
Кч=3000/700=4,3>1,5;
1QF2
Кч=5000/1200=4,2>1,5;

1Q3
Кч=10000/2500=4,0>1,5;

1Q1
Кч=10000/3000=3,3>1,5;

Выбор времени срабатывания токовой отсечки

tс.о.=tс.о.л.+∆t (10)
tс.о. – время срабатывания токовой отсечки;
tс.о.л. – время срабатывания токовой отсечки нижестоящего выключателя;
t – ступень селективности 0,1-0,2с, в зависимости от типа автоматического выключателя.

3QF1
tc.о.=0,01c;
2QF2
tc.о.=tс.о.3QF1+∆t=0,01+0,1=0,101c;
1QF2
tc.о.=tс.о.2QF2+∆t=0,101+0,1=0,201c;
1Q3
tc.о.=tс.о.1QF2+∆t=0,201+0,1=0,301c;
1Q1
tc.о.=tс.о.1Q3+∆t=0,301+0,1=0,401c.

Защита от однофазных замыканий

Устанавливается на вводном Q1 и секционном Q3 выключателе КТП и служит резервной защитой от однофазных к.з.

Защита имеет независимую характеристику срабатывания.

Ток срабатывания защиты от однофазных к.з. выбирается по следующим условиям:

1.Отстройка от тока небаланса в нулевом проводе трансформатора

Iзоз≥КнхIнт≥0,6Iнт;            (11)

1Q3
Iзоз ≥0,6х1445≥867А;
1Q1
Iзоз ≥0,6х1445≥867А;
2.Согласование с защитами от однофазных к.з. отходящих от щита линий.
Iзоз≥КсхIзоз.отх;              (12)
Если на отходящих присоединения отсутствует специальная защита от однофазных замыканий, тогда согласование производим с токовой отсечкой автоматического выключателя.
Согласование производится с АВ с наибольшим значением уставки токовой отсечки.
1Q3
Iзоз ≥1,3хIто1QF3≥1,3х1500≥1950А;
1Q1
Iзоз ≥1,3хIто1Q1≥1,3х1950≥2535А;

Окончательно принимаем наибольшие значения токовых отсечек рассчитанных по условиям (11)-(12);
1Q3
Iзоз ≥1950А, принимаем Iзоз=1950А
1Q1
Iзоз ≥2535А, принимаем Iзоз=2535А.

Оценка чувствительности защиты от однофазных замыканий.

Кч=Iк.з.(1) /Iзоз;          
Iк.з.мин – минимальный ток короткого замыкания защищаемого щита(сборки);
Iто – ток срабатывания токовой отсечки
Коэффициент чувствительности для основной зоны
Кч≥1,5;
Коэффициент чувствительности для зоны резервирования
Кч≥1,2;
Для основной зоны:
1Q3
Кч=12000/1950=6,2>1,5;
1Q1
Кч=12000/2535=4,7>1,5;

Для зоны резервирования:
1Q3
Кч=4000/1950=2,1>1,2;
1Q1
Кч=4000/2535=1,6>1,2.

Выбор времени срабатывания защиты от однофазных замыканий

Выдержка времени защит установленных на секционном и вводном автоматических выключателей принимается равной выдержке времени селективной токовой отсечки этих же выключателей.
При наличии дополнительно выносной защиты в нейтрали трансформатора, ее выдержка принимается на ступень выше соответствующих защит на вводе.
Для нашей схемы получаем
1Q3
tзоз=tто=0,301c;
1Q1
tзоз=tто=0,401c.
При разработке проекта по релейной защите и электроснабжению  необходимо придерживаться выбора автоматических выключателей по возможности от одного производителя для каждого уровня электроснабжения, если конечно это представляется возможным.

Так можно упростить согласование по селективности защитных аппаратов.

Некоторые производители указывают информацию по согласованию защит в виде таблиц(карт) селективности, где приводятся данные об защитных аппаратах различных уровней электроснабжения и их ток предельной селективности.

Данные карты селективности особенно полезны, когда нужно согласовать автоматичесие выключатели с нерегулируемыми расцепителями защиты.

P.S. Копирование материалов статьи возможно только при наличии активной ссылки на источник !!!

Назад
Коментарии
Добавить комментарий