Способ определения места установки устройств секционирования воздушной линии напряжением 380 В
METHOD FOR DETERMINING INSTALLATION SITE FOR DEVICES FOR SECTIONALIZATION OF 380 V OVERHEAD LINE

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.
S.F
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 t=f(L) вставки плавкого предохранителя.
S.F
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; t=f (L) - зависимость времени срабатывания плавкого предохранителя при однофазном коротком замыкании от длины воздушной линии.
H
F.НОМ
F
F
2
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/Y. Воздушная линия напряжением 380 В имеет длину 500 м и выполнена неизолированным проводом АС-3×35+1×35 мм. Для защиты воздушной линии в ее начале в трансформаторной подстанции установлен плавкий предохранитель F типа ПН-2 с номинальным током вставки I=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 t=f(I) 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:
i
1. Рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания  для каждой точки L 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:
1∑
2∑
0∑
1∑
1∑
0∑
где R, R, R, Х, Х, X - 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:
CP.НН
где U - среднее линейное напряжение на стороне низшего напряжения силового трансформатора Т.
Д
1.3. Рассчитывают уменьшение минимального тока дугового однофазного короткого замыкания, обусловленное наличием в месте замыкания сопротивления дуги R 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
Д
1.5. Рассчитывают минимальный ток однофазного короткого замыкания с учетом сопротивления дуги R и эффекта «теплового спада» ϑ:
Д
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 R и эффекта «теплового спада» ϑ (далее будем использовать упрощенную запись  см. фиг. 1.
F.НОМ
3. Выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток I вставки плавкого предохранителя F и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В для ее защиты.
F
F
S.F
S.F
4. Рассчитывают, используя паспортные защитные времятоковые характеристики t=f(I) 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 t плавкого предохранителя от длины L защищаемой линии t=f(L) и строят ее на графике, приведенном на фиг 1.
S.F
i
F
F
i
S.Fi
S.F
S.F
Расчет зависимости t=f(L) проводят в следующем порядке. Для каждого значения длины линии L по графику  определяют значение минимального тока . По паспортной защитной времятоковой характеристике (с +50%-ным разбросом) вставки плавкого предохранителя t=f(I), приведенной на фиг. 2, для каждого значения тока короткого замыкания  и, соответственно, для каждой точки воздушной линии L находят соответствующее время t срабатывания плавкого предохранителя - в результате получается зависимость t=f(L) - изменение времени срабатывания t плавкого предохранителя по длине воздушной линии L.
S.F1
S.F
З.1
5. Определяют, руководствуясь требованиями [п.1.7.79, «Правила устройства электроустановок», 7-е издание] о том, что время отключения повреждения не должно превышать t=5 секунд, по зависимости t=f(L) зону защиты L выбранного плавкого предохранителя F, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В.
З.1
З.1
6. Устанавливают в конце зоны защиты L секционирующий плавкий предохранитель F1 на ближайшую опору, находящуюся внутри зоны защиты L, 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.
S.F.1
З.1
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 i=5 секунд, при этом минимальный ток однофазного короткого замыкания в конце зоны защиты L, определенный по зависимости  равен , а коэффициент чувствительности защиты воздушной линии составляет:
Ч
З.2
З.2
S.F
З.2
S.F.2
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. К=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 L, соответствующую концу зоны защиты плавкого предохранителя F, где должен быть установлен секционирующий плавкий предохранитель F2. Теперь, зная длину L, по кривой t=f(L) определим время срабатывания плавкого предохранителя F в конце зоны L защиты - t=80 с.
Ч
Таким образом, видно, что при возникновении однофазного короткого замыкания в конце зоны защиты, построенной на основе положений прототипа, при коэффициенте чувствительности К=3 время перегорания плавкого предохранителя равно 80 с, что намного больше требований п. 1.7.79 «Правил устройства электроустановок» 7-го издания.