RU2610899C1

Movatterモバイル変換

Info

Publication number: RU2610899C1
Application number: RU2016100979A
Authority: RU
Inventors: Александр Михайлович Ершов; Рустам Галимянович Валеев; Александр Иванович Сидоров; Сергей Александрович Тропин
Priority date: 2016-01-13
Filing date: 2016-01-13
Publication date: 2017-02-17

Abstract

FIELD: electrical engineering.

EFFECT: technical result is the reduced time of the actuation of the protection.

1 cl, 2 dwg

Description

Translated fromRussian

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.The invention relates to electrical engineering and can be used to protect against single-phase short circuits on four-wire overhead lines with a voltage of 380 V to ensure electrical safety of people, fire and explosion safety of electrical equipment.

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.A known method of designing grounding in power plants [Spevakov P.I. To the design of grounding networks in power plants. - Electricity. - 1939. - No. 8. - S. 69], in which the ratio of a single-phase short circuit to the rated current of the fuse equal to 2.5 is used to determine the parameters of the grounding circuits. The disadvantage of this method is that it is intended only for determining the cross sections and lengths of the grounding lines of overhead lines with a voltage of 380 V.

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.Closest to the claimed method according to the technical nature and technical result is a method of protecting an overhead power line voltage of 380 V [Spevakov PI Check for automatic shutdown of lines in networks up to 1000 V. - M .: Energy, 1971. - 88 p. "Guidelines for the selection of relay protection devices in networks of 0.38-35 kV agricultural" // Guidance on the design of agricultural electricity, No. 11. - M .: VGPINI "Selenergo-project", 1976. - 116 pp.], Adopted as a prototype, in which the minimum currents of a single-phase short circuit are calculated along the length of the overhead line, the ratio of the minimum current of a single-phase short circuit to the rated current of the fuse installed at the beginning of the overhead line, according to the limit value of this ratio equal to 3, the protection zone of the fuse installed at the beginning of the overhead line is determined, and at the end of the specified protection zone, a sectional fuse is installed An antifreeze that protects the overhead line in its subsequent sections.

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.The disadvantage of the prototype is, firstly, the use for calculating the minimum currents of single-phase short circuits of the simplified method of phase-zero loops, based on the use of simplified determination of the parameters of the equivalent circuit, and also not taking into account the resistance of the arc in the place of a single-phase short circuit and thermal changes in the resistance of the elements electric network when a short circuit current flows through them (the "thermal decline" effect), and secondly, the fuse response time for a single-phase short m short circuit at the end of a certain protection zone reaches 80-100 seconds, thirdly, the requirements for the calculation and selection of the parameters of protective devices [clause 1.7.79, “Rules for the installation of electrical installations”, 7th edition] that set the shutdown time are not satisfied damage no more than 5 seconds.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в обеспечении времени срабатывания устройства защиты воздушной линии напряжением 380 В не более 5 секунд.The technical result of the claimed invention is to ensure that the response time of the overhead line protection device with a voltage of 380 V is not more than 5 seconds.

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.The specified technical result is achieved due to the fact that the method of determining the installation location of the sectioning devices of the overhead line voltage of 380 V is characterized by the fact that calculate the minimum currents of a single-phase short circuit along the length of this overhead line, taking into account the arc resistance at the point of closure and the effect of "thermal decline", build graph of the function of changing the magnitude of the minimum current of a single-phase short circuit versus the length of the section of the overhead line voltage of 380 V between the transformer substation and point one of a short circuit, selected according to the conditions of detuning from the working and peak currents of the electric load of the overhead line with a voltage of 380 V, the rated current of the fuse insert and set it in a transformer substation at the beginning of the overhead line with a voltage of 380 V, calculate and build on the chart according to the passport protective time and current characteristics of the insert of the selected fuse and the graph of the function of changing the magnitude of the minimum current of a single-phase short circuit on the length of the overhead line section 380 V voltage dependence of the response time of the selected fuse on the length of the overhead line voltage of 380 V, determine the protection zone of the selected fuse installed in the transformer substation at the beginning of the overhead line voltage of 380 V, which provides a response time of not more than 5 seconds, set at the end of its protection zone, a sectional fuse if the fuse installed at the beginning of the overhead line with a voltage of 380 V does not provide protection across the line with a response time not exceeding 5 seconds, and the nominal insertion partitioned current fuse is selected for the conditions detuning from the remaining portion of the workers and the peak load current overhead line voltage of 380 V.

Сущность изобретения поясняется графическим материалом, представленным на фиг. 1 и 2.The invention is illustrated by the graphic material shown in FIG. 1 and 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 t_S.F=f(L) вставки плавкого предохранителя.So in FIG. 1 shows a diagram of an electrical network with a voltage of 380 V and a graphical interpretation of the definition of the protection zone of the overhead line from single-phase short circuits; in FIG. 2 shows the passport protective time-current characteristics t_SF = f (L) of the fuse insert.

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_S.F=f (L) - зависимость времени срабатывания плавкого предохранителя при однофазном коротком замыкании от длины воздушной линии.The electric network diagram shows: T - a transformer with a voltage of 6-10 / 0.4 kV, to which a four-wire overhead line with a voltage of 380 V (VL-380 V) is connected through a fuse F; F1 and F2 are fuses used for overhead sectioning. The graph shows:

- the dependence of the minimum current of a single-phase short circuit on the length of the overhead line; t_SF = f (L) is the dependence of the response time of the fuse for a single-phase short circuit on the length of the overhead line.

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_H. 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 I_F.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 t_F=f(I_F) 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.To interpret the method under consideration, an example was taken of an electric network with a voltage of 380 V, which is powered by a power transformer T of the type TMG-160/10 / 0.4 with a connection circuit of the Y / Y_H windings. The overhead line voltage of 380 V has a length of 500 m and is made of uninsulated wire AC-3 × 35 + 1 × 35 mm² . To protect the overhead line, a fuse F of type PN-2 with a rated insert current of I_F.NOM = 100 A is installed at its beginning in the transformer substation, the value of which is selected from the condition of detuning from operating and starting currents of the overhead line load. The fuse insert F has a rated protective time-current characteristic t_F = f (I_F ) with a ± 50% response spread zone (Fig. 2). When considering the protection characteristics of the overhead line, the upper time-current characteristic (+ 50% dispersion) was used, corresponding to the maximum fuse times.

Сущность заявляемого способа определения места установки устройств секционирования воздушной линии 380 В заключается в следующих последовательных действиях:The essence of the proposed method for determining the installation location of the sectioning devices of the overhead line 380 V is the following sequential actions:

1. Рассчитывают минимальные токи однофазного короткого замыкания

для каждой точки L_i 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. Calculate the minimum currents of a single-phase short circuit

for each point L_{i of the} overhead line voltage of 380 V (Fig. 1) in several stages, taking into account the arc resistance at the point of closure and the effect of "thermal decline", i.e. get addicted

1.1. Рассчитывают изменение сопротивления

электрической сети напряжением 380 В минимальному току однофазного короткого замыкания по длине воздушной линии:1.1. The change in resistance is calculated.

380 V electrical network to the minimum current of a single-phase short circuit along the overhead line:

где R_1∑, R_2∑, R_0∑, Х_1∑, Х_1∑, X_0∑ - 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.where R_1∑ , R_2∑ , R_0∑ , X_1∑ , X_1∑ , X_0∑ are the active and inductive resistances of the direct, reverse and zero sequence of the electrical network voltage of 380 V, including the resistance of the supply transformer voltage of 10 / 0.4 kV and the resistance of the overhead line voltage of 380 V, which vary depending on the length of this line.

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:1.2. Calculated in accordance with the provisions of [GOST 28249-93. Short circuits in electrical installations: Calculation methods in electrical installations of alternating current voltage up to 1 kV. - M .: Publishing house of standards, 1994. - 42 p.] Minimum current

single-phase metal short circuit at various points located along the length of the overhead line:

где U_CP.НН - среднее линейное напряжение на стороне низшего напряжения силового трансформатора Т.where U_CP.HH is the average line voltage on the low voltage side of the power transformer T.

1.3. Рассчитывают уменьшение минимального тока дугового однофазного короткого замыкания, обусловленное наличием в месте замыкания сопротивления дуги R_Д и определяемое понижающим поправочным коэффициентом

:1.3. Calculate the decrease in the minimum current of an arc single-phase short circuit due to the presence of arc resistance R_D at the fault location and determined by a decreasing correction factor

:

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

1.4. First, the increase in the active resistances of the phase and neutral wires due to heating ϑ is calculated when the minimum arc current of a single-phase short circuit flows through them (from the effect of "thermal decline"), then the corresponding change in the circuit resistance to the current of the arc single-phase short circuit

1.5. Рассчитывают минимальный ток однофазного короткого замыкания

с учетом сопротивления дуги R_Д и эффекта «теплового спада» ϑ:1.5. The minimum single-phase short circuit current is calculated.

taking into account the resistance of the arc R_D and the effect of "thermal decline" 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 R_Д и эффекта «теплового спада» ϑ (далее будем использовать упрощенную запись

см. фиг. 1.2. Build a graph of the function of changing the magnitude of the minimum current of a single-phase short circuit versus the length of the section of the overhead line voltage of 380 V between the transformer substation and the point of a single-phase short circuit

taking into account the arc resistance R_D and the effect of "thermal decline" ϑ (we will use a simplified notation

see FIG. one.

3. Выбирают по условиям отстройки от рабочих и пиковых токов электрической нагрузки воздушной линии напряжением 380 В номинальный ток I_F.НОМ вставки плавкого предохранителя F и устанавливают его в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В для ее защиты.3. According to the conditions of detuning from the working and peak currents of the electric load of the overhead line with a voltage of 380 V, the rated current I_{F. NOM} insert fuses F and install it in a transformer substation at the beginning of the overhead line with a voltage of 380 V to protect it.

4. Рассчитывают, используя паспортные защитные времятоковые характеристики t_F=f(I_F) 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_S.F плавкого предохранителя от длины L защищаемой линии t_S.F=f(L) и строят ее на графике, приведенном на фиг 1.4. Calculate using the passport protective time-current characteristics t_F = f (I_F ) of the selected fuse insert and a graph of the function of changing the minimum current of a single-phase short circuit versus the length of the overhead line voltage of 380 V

the dependence of the response time t_SF fuse on the length L of the protected line t_SF = f (L) and build it on the graph shown in Fig 1.

Расчет зависимости t_S.F=f(L) проводят в следующем порядке. Для каждого значения длины линии L_i по графику

определяют значение минимального тока

. По паспортной защитной времятоковой характеристике (с +50%-ным разбросом) вставки плавкого предохранителя t_F=f(I_F), приведенной на фиг. 2, для каждого значения тока короткого замыкания

и, соответственно, для каждой точки воздушной линии L_i находят соответствующее время t_S.Fi срабатывания плавкого предохранителя - в результате получается зависимость t_S.F=f(L) - изменение времени срабатывания t_S.F плавкого предохранителя по длине воздушной линии L.The calculation of the dependence of t_SF = f (L) is carried out in the following order. For each value of the line length L_i according to the schedule

determine the value of the minimum current

. According to the passport protective time-current characteristic (with + 50% dispersion) of the fuse insert t_F = f (I_F ) shown in FIG. 2, for each short circuit current value

and, accordingly, for each point of the overhead line L_i find the corresponding time t_S.Fi fuse - the result is the dependence t_SF = f (L) - change the response time t_SF fuse along the length of the overhead line L.

5. Определяют, руководствуясь требованиями [п.1.7.79, «Правила устройства электроустановок», 7-е издание] о том, что время отключения повреждения не должно превышать t_S.F1=5 секунд, по зависимости t_S.F=f(L) зону защиты L_З.1 выбранного плавкого предохранителя F, установленного в трансформаторной подстанции в начале воздушной линии напряжением 380 В.5. Determine, guided by the requirements of [clause 1.7.79, “Electrical Installation Rules”, 7th edition] that the time to turn off damage should not exceed t_S.F1 = 5 seconds, depending on the dependence t_SF = f (L ) protection zone L_{З.1 of the} selected fuse F installed in a transformer substation at the beginning of an overhead line with a voltage of 380 V.

6. Устанавливают в конце зоны защиты L_З.1 секционирующий плавкий предохранитель F1 на ближайшую опору, находящуюся внутри зоны защиты L_З.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.6. Install at the end of the protection zone L_{З.1 a} sectional fuse F1 at the nearest support located inside the protection zone L_З.1 , i.e. closer to the transformer T, if a fuse F installed in the transformer substation at the beginning of the overhead line with a voltage of 380 V does not protect the entire line with a response time of no more than 5 seconds. Moreover, the rated insertion current of the sectional fuse F1 is selected according to the detuning conditions from the working and peak load currents of the remaining section of the overhead line with a voltage of 380 V.

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_S.F.1=5 секунд, при этом минимальный ток однофазного короткого замыкания в конце зоны защиты L_З.1, определенный по зависимости

равен

, а коэффициент чувствительности защиты воздушной линии составляет:In this order of installation of the sectional fuse F1, the requirement of paragraph 1.7.79 of the Electrical Installation Rules of the 7th edition is ensured - the response time of the fuse F installed in the transformer substation at the beginning of the overhead line with a voltage of 380 V does not exceed i_SF1 = 5 seconds, when this is the minimum current of a single-phase short circuit at the end of the protection zone L_Z.1 , determined by the dependence

is equal to

, and the sensitivity coefficient of protection of the overhead line is:

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_Ч=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_З.2, соответствующую концу зоны защиты плавкого предохранителя F, где должен быть установлен секционирующий плавкий предохранитель F2. Теперь, зная длину L_З.2, по кривой t_S.F=f(L) определим время срабатывания плавкого предохранителя F в конце зоны L_З.2 защиты - t_S.F.2=80 с.In conclusion, we show what characteristics a protection built on the basis of the prototype has. The starting point for constructing this protection is the provision that the minimum value of the sensitivity coefficient should be equal to three, i.e. To_H = 3 - this corresponds to the value of the minimum current of a single-phase short circuit

Putting the value of this current along the ordinate axis and drawing a horizontal line to the intersection with the curve

we get the length L_Z.2 corresponding to the end of the fuse protection zone F, where the sectional fuse F2 should be installed. Now, knowing the length L_З.2 , from the curve t_SF = f (L) we determine the response time of the fuse F at the end of the protection zone L_З.2 - t_SF2 = 80 s.

Таким образом, видно, что при возникновении однофазного короткого замыкания в конце зоны защиты, построенной на основе положений прототипа, при коэффициенте чувствительности К_Ч=3 время перегорания плавкого предохранителя равно 80 с, что намного больше требований п. 1.7.79 «Правил устройства электроустановок» 7-го издания.Thus, it is seen that in the event of a single-phase short circuit at the end of the protection zone, built on the basis of the provisions of the prototype, with a sensitivity coefficient K_P = 3, the fuse blow time is 80 s, which is much more than the requirements of paragraph 1.7.79 of the Electrical Installation Rules 7th edition.

Claims

Translated fromRussian