Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ

Беляев А.В.

Источник: Б43 Выбор аппаратуры, защит и кабелей в сетях 0,4 кВ. - Л.: Энергоатомиздат Ленингр. отд-ние, 1988.- С. 5-9

    1. СХЕМЫ СЕТЕЙ 0,4 кВ И ИХ ОСОБЕННОСТИ

     Построение первичных схем сетей 0,4 кВ определяется технологией производства, требованиями надежности электроснабжения электроприемников в соответствии с Правилами [13], удобством обслуживания, технико-экономическими показателями, а также требованиями защиты и автоматики. Схемы могут выполняться радиальными, магистральными и смешанными.

Радиальные схемы (рис. 1). От главного распредели¬тельного щита или комплектной трансформаторной под¬станции (КТП) отходят линии питания электродвигате¬лей Д1 и Д8 и других электроприемников большой мощ¬ности, а также сборок 1—4 (распределительных пунктов). К главному щиту нецелесообразно подключать большое количество электроприемников малой и сред¬ней мощности, так как они снижают его надежность. Для питания таких электроприемников (например, электродвигателей Д2—Д10) образуют вторичные сборки, питающиеся непосредственно от основного щита, и третичные сборки, питающиеся от вторичных сборок. Третичные сборки обладают наименьшей надежностью, их селективную защиту выполнить трудно, и поэтому их применяют лишь в отдельных случаях, для питания мелких и неответственных электроприемников. Токи к. з. на сборках значительно меньше, чем на основном щите 0,4 кВ, что позволяет применять более дешевую и менее стойкую аппаратуру с небольшими номинальными токами. При образовании сборок учитывается территориальное расположение электроприемников, удобство обслуживания, возможность экономии кабелей, поскольку сечение питающего сборку кабеля принимают мень¬ше суммы сечений кабелей индивидуальных электроприемников ввиду их неодновременного включения.

    Распределение электродвигателей по сборкам зависит от их мощности и возможности выполнения защиты сети. Технико-экономические расчеты показывают, что к главному щиту целесообразно, как правило, подключать электродвигатели большой мощности (более 55 кВт). Электродвигатели малой (до 10 кВт) и средней (10—55 кВт) мощности целесообразно подключать ко вторичным сборкам. Однако в зависимости от конкретных особенностей данной электроустановки одиночные электродвигатели большой мощности (но не более 100 кВт) иногда могут подключаться к вторичным сборкам, а средней — к основному щиту 0,4 кВ.

    В ответственных электроустановках с целью обеспечения надежности всю схему делят на две независимые части (подсистемы). Каждая из подсистем состоит из своего понижающего трансформатора T1(T2), питающегося от независимого источника, соответствующей секции основного щита 0,4 кВ и питающихся от нее вторичных сборок. Подсистемы взаимно резервируются на разных ступенях напряжения с помощью устройств авто¬матического включения резерва (АВР). Электродвигатели и приводимые ими ответственные механизмы одного назначения обычно дублируют и снабжают технологическим АВР (Д1 и Д8, ДЗ и Д6, Д4 и Д5). Такие электродвигатели также разделяют на две независимые группы, которые подключают к разным подсистемам (к разным секциям основного щита 0,4 кВ, к сборкам 1и 2, имеющим вводы от разных секций, к разным секциям сборки 3). Ответственные электродвигатели, не имеющие технологического резервирования, подключают либо к секциям основного щита 0,4 кВ, либо к сборке 4, имеющей АВР со стороны питания.

    При таком построении схемы надежность работы обеспечивается тем, что в случае погашения одной из подсистем и отказа или неуспешной работы АВР между подсистемами (к. з. на шинах) напряжение в другой подсистеме сохраняется и нарушения технологического процесса не произойдет, так как сработает АВР электродвигателей и других ответственных электроприемников.

    Для особо ответственных электроприемников (от которых зависит безаварийный останов производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров, повреждений дорогостоящего оборудования) предусматривают третий, аварийный источник питания, например аварийный дизель-генератор ДГ. Один из вариантов его подключения показан на рис. 1, здесь он резервирует каждую из подсистем независимо от со¬стояния другой подсистемы. Чтобы не перегрузить генератор, все электроприемники, кроме особо ответственных, отключаются при потере основных источников пита¬ния защитой минимального напряжения (с выдержкой времени), а затем устройство АВР ДГ включает питание от генератора [4].

    Магистральные схемы. Распределение энергии от трансформаторов 77 и Т2 до сборок 1 2 и электродвигателей Д1, Д2 выполняется с помощью шинопроводов магистральных (ШМ) и распределительных (ШР), к которым подсоединяют электроприемники.

    Смешанные схемы. Представляют собой комбинации из радиальных и магистральных схем.

    Построение схемы сети 0,4 кВ в большой степени определяется значениями токов коротких замыканий (к.з.) для выбора аппаратуры и защит, а также ограниченными возможностями применяемых защитных аппаратов (автоматических выключателей и плавких предохранителей).

    Для этих сетей характерно весьма значительное (в десятки раз большее, чем в сетях напряжением выше 1000 В) влияние сопротивлений элементов схемы на значения токов к. з., быстрое снижение значений токов к. з. по мере удаления места повреждения от главных шин 0,4 кВ. Например, если при расчетах токов к. з. в сетях 6(10) кВ сопротивление кабеля с алюминиевыми жилами сечением 3X150 мм2 длиной 200 м можно не учитывать, то в сети 0,4 кВ такой же кабель, подключенный к КТП за трансформатором мощностью 1600 кВ*А, снижает значение тока трехфазного металлического к. з. в 8,7 раза по сравнению с аналогичным значением до кабеля.

    В сетях 0,4 кВ в отличие от сетей напряжением выше 1000 В применяют только встроенные в автоматические выключатели весьма неточные максимальные токовые защиты или предохранители. Поэтому требования защиты сети накладывают определенные ограничения на типы и характеристики применяемых защитных аппаратов, длины и сечения кабелей и, следовательно, на построение схемы сети.

    Например, при питании от основного щита 0,4 кВ кабельными линиями (магистралями) последовательно нескольких сборок с двигателями большой и средней мощности обычно не удается обеспечить необходимую чувствительность защиты этих линий из-за необходимости ее отстройки от токов пуска или самозапуска электродвигателей. Поэтому такая магистральная схема пита¬ния применяется только для электродвигателей малой мощности. Для питания элект¬родвигателей средней мощности используются сборки, имеющие один или два самостоятельных ввода от щита 0,4 кВ (сборки 1, 2, S, 4 на рис. 1). Однако и для одиночных сильно нагруженных сборок с большим количеством электродвигателей средней мощности также часто не удается обеспечить достаточную чувствительность защит питающих линий. В этих случаях вместо одной такой сборки устанавливают несколько с самостоятельными линиями питания, или питание части двигателей осуществляют непосредственно от щита 0,4 кВ.

    Выбор кабелей также может определяться не только нагрузкой, но и условиями защиты, например, в сетях, требующих защиты от перегрузки, или при необходимости обеспечения достаточной чувствительности защиты, когда считается целесообразным увеличить токи к. з. путем увеличения выбранного по нагрузке сечения кабеля (но не более, чем на 1—2 ступени).

    Условие селективности действия защит обусловливает необходимость сокращения количества последовательно включенных аппаратов защиты в сети 0,4 кВ. Обычно селективными удается выполнить лишь 1—2 ступени защиты на участках от щита 0,4 кВ до электроприемников, включая защитный аппарат отходящей от щита линии.

    Из изложенного следует, что для сетей 0,4 кВ характерно единство процесса построения схемы сети, выбора кабелей, коммутационных аппаратов и защит.

    3. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫБОРУ АППАРАТУРЫ, ЗАЩИТ И КАБЕЛЕЙ.

    В сети 0,4 кВ выбор коммутационной аппаратуры, за¬щит и кабелей взаимосвязан. Для любого присоедине¬ния должны быть обеспечены:

    1. Нормальный режим работы. Номинальные напря¬жения и токи аппаратов и допустимые токи кабелей должны соответствовать номинальному напряжению и длительному расчетному току нагрузки. Исполнение ап¬паратов и типы кабелей должны соответствовать усло¬виям их эксплуатации.

    2. Стойкость при к. з. Аппараты и кабели должны быть стойкими при к. з., а аппараты защиты — надежно отключать расчетные токи к. з.

    3. Зашита от всех видов к. з. Параметры аппаратов циты и кабелей должны обеспечивать достаточную чувствительность защиты ко всем видам к. з. в конце защищаемой зоны. Рекомендуется применять автоматические выключатели с комбинированным расцепителем, элемент с зависимой характеристикой которого является резервной защитой. Должны обеспечиваться селективность (отключение только поврежденного участка), надежность (срабатывание при появлении условий на срабатывание, несрабатывание при их отсутствии), быстродействие зашиты. Быстрое отключение к. з. обеспечивает стойкость аппаратов и кабелей к термическому действию токов к.з., снижает длительность перерывов питания электроприемников, облегчает последующий самозапуск электродвигателей, обеспечивает безопасность обслужи¬вающего персонала, предотвращает возможность нару¬шения синхронной параллельной работы маломощных аварийных генераторов, а также синхронных электродви-гателей.

    4. Защита от ненормальных режимов — длительной перегрузки электродвигателей, подверженных перегрузкам по технологическим причинам, а также проводов и кабелей в случаях, предусмотренных Правилами [13]. При пуске и самозапуске электродвигателей аппараты защиты не должны отключать цепь, а сечение кабелей должно обеспечивать достаточный для разворота электродвигателей уровень напряжения на их зажимах.

    Кроме того, набор аппаратуры и ее конструктивное исполнение в цепи любого присоединения должны обеспечивать возможность вывода в ремонт присоединения или аппарата защиты без остановки основного технологического процесса.

    Выбор аппаратуры, защиты и кабелей данного присо¬единения выполняют в следующем порядке.

    Определяют нагрузки присоединения, место подключения, составляют предварительную схему присоединения и ближайшего участка питающей сети.

    Предварительно выбирают сечение кабеля присоединения по условиям нагрева в нормальном режиме, проверяют его достаточность по условиям потери напряжения в нормальном режиме и при пуске электродвигателей, рассчитывают токи к.з.

    Предварительно выбирают тип и номинальные параметры защитного аппарата присоединения по условиям нормального режима, стойкости и селективности при к. з.

    Рассчитывают уставки защиты, по результатам расчета уточняют тип и номинальные параметры аппарата защиты. Проверяют. чувствительность защиты.

    Если присоединение предназначено для защиты сборки, то проверяют стойкость при к. з. аппаратов, установ¬ленных на этой сборке.

    Проверяют защиту электродвигателя и кабеля от пе¬регрузки (при необходимости) с возможным уточнением уставок защиты или сечения кабеля.

    Проверяют селективность защиты с выше- и нижестоя¬щими защитными аппаратами с помощью построения карты селективности.