Выбор электрооборудования

Для того чтобы электрооборудование надежно работало, оно должно удовлетворять следующим режимам: нормальной работы, перегрузки и возможных коротких замыканий. Кроме того, электрооборудование должно соответствовать условиям окружающей среды [26J: температуре, влажности, запыленности, высоте над уровнем моря и др.

При выборе электрооборудования (при проектировании, реконструкции, замене, эксплуатации) необходимо учитывать климатические условия, в которых оно будет работать, что, несомненно, отразится на его конструктивном выполнении (открытое или закрытое).

Климатические условия работы электрооборудования характеризуются в основном температурой, влажностью воздуха и пределами их изменения во времени, а также высотой над уровнем моря. Полные характеристики климатических условий приведены в ГОСТ 15150—69, а условные обозначения климатической защиты и степеней защиты наносятся на табличку электрооборудования вместе с паспортными данными.

В таблице 2.1 приведены климатические исполнения электрооборудования (изделия) и соответствующие буквенные и цифровые обозначения. Характеристика климатических исполнений имеет условные буквенные обозначения (русские и латинские) и цифры, указывающие на категорию размещения электрооборудования.

Характеристика категорий электрооборудования, в зависимости от места его размещения при эксплуатации, имеет следующую классификацию:

  • 1) на открытом воздухе;
  • 2) в помещениях, колебания температуры и влажности в которых не существенно отличаются от колебаний на открытом воздухе (под навесами, в кузовах, палатках, металлических кожухах без теплоизоляции);
  • 3) помещениях с естественной вентиляцией без искусственного климата;
  • 4) отапливаемых или охлаждаемых и вентилируемых помещениях.

Если для какого-либо электрооборудования указана категория размещения при эксплуатации 1-я или 2-я, или 3-я, то оно может эксплуатироваться в менее жестких условиях, т.е. соответственно во 2-й или 3-й, или 4-й, но не наоборот. Помещения, в которых может эксплуатироваться электрооборудование 3-й, 4-й и 5-й категорий, относятся к закрытым или внутренним.

Пример обозначения: УХЛ4 означает, что электрооборудование может эксплуатироваться в умеренном и холодном микроклимате, а категория размещения соответствует нахождению объекта в помещениях с искусственно регулируемыми климатическими условиями; УТ1.5 означает, что электрооборудование может эксплуатироваться как в умеренном климате, так и в районах с сухим или с влажным тропическим климатом, как с категорией размещения на открытом воздухе, так и с категорией размещения в помещениях с повышенной влажностью.

В помещениях с повышенной влажностью, где возможно длительное наличие воды или частая конденсация влаги на стенах и потолке, системой обозначений, принятой международной электротехнической комиссией (МЭК), электрооборудование и светильники характеризуются соответствующими степенями защиты от попадания внутрь оболочек посторонних тел, пыли и воды. Условные обозначения степеней защиты состоят из двух букв IP, указывающих на международную систему обозначений, и двух цифр, первая из которых означает степень защиты от соприкосновения и попадания посторонних тел, а вторая цифра — от проникновения воды. В таблице 2.2 приведены степени защиты (IP— International Protection) электрооборудования от воздействия влаги и твердых частиц.

Климатические исполнения электрооборудования

Таблица 2.1

Обозначения

Климатические исполнения изделий

буквенные

цифровые

русские

латинские

Изделия, предназначенные для эксплуатации на суше, реках, озерах:

для макро климатического района с умеренным климатом

У

(N)

0

для макроклиматических районов с умеренным и холодным климатом

УХЛ

(NF)

1

для макроклиматического района с влажным тропическим климатом

ТВ

(ТН)

2

для макроклиматического района с сухим тропическим климатом

тс

(ТА)

3

для макроклиматических районов как с сухим, так и с влажным тропическим климатом

т

(Т)

4

для всех макроклиматических районов на суше, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (общеклиматическое исполнение)

О

(U)

5

Изделия, предназначенные для эксплуатации в макроклиматических районах с морским климатом:

для макроклиматического района с умеренно-холодным морским климатом

м

(М)

6

для макроклиматического района с тропическим морским климатом, в том числе для судов каботажного плавания или иных, предназначенных для плавания только в этом районе

тм

(МТ)

7

для макроклиматических районов как с умеренно-холодным, так и тропическим морским климатом, в том числе для судов неограниченного района плавания

ом

(MU)

8

Изделия, предназначенные для эксплуатации во всех макроклиматических районах на суше и на море, кроме макроклиматического района с очень холодным климатом (все климатическое исполнение)

в

(W)

9

Степени защиты электрооборудования

Таблица 2.2

Твердые тела

Вода

Индекс

Степень зашиты

Характеристика

Характеристика

Степень зашиты

Индекс

Отсутствие защиты

Отсутствие защиты от случайного контакта и инородных тел

Отсутствие защиты

Отсутствие защиты от влаги

Защита от крупных инородных тел

Защита от контакта с рукой человека на большой площади и защита от крупных твердых инородных тел диаметром >50 мм

Защита от капель воды, падающих вертикально

Защита от капель

Защита от инородных тел среднего размера

Защита от контакта с пальцами руки человека и защита от небольших твердых инородных тел диаметром >12 мм

Защита от капель воды, падающих под углом до 15°

Защита от капель

Защита от инородных тел небольшого размера

Защита от инструмента, проводов или подобных им объектов диаметром >2,5 мм и от небольших инородных тел диаметром >2,5 мм

Защита от капель воды, падающих под углом до 60°

Защита от брызг

Защита от гранулообразных инородных тел

Защита от инструмента, проводов или подобных им объектов диаметром > 1 мм и от небольших инородных тел диаметром >1 мм

Защита от воды, льющейся со всех направлений

Защита от брызг

Защита от оседающей пыли

Полная защита от контакта. Защита от внутренних повреждений оборудования вследствие пылевых отложений

Защита от струй воды, льющихся под давлением со всех направлений

Защита от струи

Защита от проникновения пыли

Полная защита от контакта. Защита от проникновения пыли

Защита от кратковременного затопления

Защита от затопления

Защита от временного конденсата

Защита от конденсата

Защита от воды под давлением (полное погружение)

Полная защита от влаги (герметичность)

В условиях эксплуатации электрооборудования указывается также высота, выше которой установка электрооборудования считается нежелательной. Дело в том, что с ростом высоты уменьшаются пробивные напряжения электрической изоляции электрооборудования (за счет уменьшения плотности воздуха и вследствие этого снижения его электрической прочности). В таблице 2.3 приведено значение коэффициента снижения электрической прочности воздушных промежутков кс э п.

Таблица 2.3

Высота над уровнем моря для размещения электрооборудования

Высота над уровнем моря в тыс. м

Коэффициент относительной электрической прочности воздушных промежутков, ксэа

1

1,00

1,2

0,98

1,5

0,95

1,8

0,92

2,0

0,90

2,5

0,85

3,0

0,80

3,5

0,75

4,0

0,72

Как правило, все электрооборудование выбирают по номинальным параметрам (току, напряжению, мощности, отключающей способности и т.д.), а проверяют по стойкости при сквозных токах короткого замыкания и перенапряжениях.

Номинальное напряжение электрооборудования, приводимое в справочной литературе, соответствует классу его изоляции. Кроме номинального напряжения, приводится максимальное рабочее напряжение, которое на 10—15% выше номинального. Последнее представляет определенный запас электрической прочности, оговариваемый техническими условиями на изготовление и позволяющий электрооборудованию длительное время работать при этом напряжении. Отклонения напряжения обычно не превышают указанных величин.

Если в климатических условиях работы электрооборудования указана высота над уровнем моря, равная, например, 1000 м, то превышению этой высоты будет соответствовать снижение применяемого напряжения. Таким образом, при высоте электрооборудования до 1000 м допускается максимальное рабочее напряжение, а при больших высотах над уровнем моря напряжение на электрооборудовании не должно быть больше номинального.

Электрооборудование может работать долго без недопустимого перегрева при протекании номинального тока при номинальной температуре окружающей среды. Поэтому при выборе электрооборудования следует обращать внимание на то, чтобы максимальный рабочий ток, указанный для него в технических характеристиках справочной литературы, не превышал его номинальный ток.

Если расчетная температура окружающей среды toc отличается от принятой в ГОСТ t0 с н = 35 °С, то необходимо вычислить длительно допустимый ток / при температуре toc, а именно:

где: /доп — наименьшая из допустимых температур для отдельных частей электрооборудования.

Если температура t0 с меньше 35 °С, то длительно допустимый ток повышают относительно номинального на 0,5% на каждый градус понижения температуры против 35 °С, но всего не более чем на 20%.

Все электрооборудование должно удовлетворять следующим требованиям [15, 20J:

  • • соответствовать окружающей среде и роду установки;
  • • иметь необходимую прочность изоляции для надежной работы в длительном режиме и при кратковременных перенапряжениях;
  • • выдерживать допустимый нагрев токами длительных режимов;
  • • обладать стойкостью в режиме короткого замыкания;
  • • соответствовать технико-экономической целесообразности;
  • • иметь достаточную механическую прочность;
  • • не превышать допустимые потери напряжения в нормальном и послеаварийном режимах;
  • • не превышать допустимых потерь на коронирование для линий напряжением 35 кВ и выше.

Есть особая группа так называемого взрывозащищенного электрооборудования, в котором предусмотрены конструктивные меры по устранению или затруднению возможности воспламенения окружающей его среды [35]. Взрывозащищенное электрооборудование подразделяется по уровням взрывозащиты (табл. 2.4), видам взрывозащиты (табл. 2.5), группам и температурным классам (табл. 2.6).

Уровни взрывозащищенного электрооборудования

Таблица 2.4

Знак уровня

Уровень взрывозащищенности

2

Повышенной надежности против взрыва

1

Взрывобезопасное

0

Особо взрывобезопасное

Виды взрывозащиты электрооборудования

Таблица 2.5

Вид

Обозначение

Взрывонепроницаемая оболочка

d

Заполнение или продувка оболочки под избыточным давлением защитным газом

Р

Искробезопасная электрическая цепь

i

Кварцевое заполнение оболочки с токоведушими частями

q

Масляное наполнение оболочки с токоведушими частями

о

Специальный вид взрывозащиты

S

Защита вида

е

Температурные классы электрооборудования группы II

Таблица 2.6

Знак

температурного

класса

Предельная

температура,

С

Группа взрывоопасной смеси, для которой электрооборудование является взрывозащищенным

Т1

450

Т1

Т2

300

Т1-Т2

ТЗ

200

Т1-ТЗ

Т4

135

Т1-Т4

Т5

100

Т1-Т5

Тб

85

Т1-Т6

Выбор высоковольтных выключателей производится по номинальному напряжению, току продолжительного режима (в качестве которого принимают ток послеаварийного режима, который возникает при отключении одной из параллельно работающих цепей), роду установки, условиям работы, конструктивному выполнению, коммутационной (отключающей) способности и проверяют по термической и электродинамической стойкости.

С помощью высоковольтных выключателей, занимающих, как правило, высоковольтную ячейку, так же как и с помощью другой коммутационной аппаратуры, в электрических сетях подсоединяют высоковольтные электродвигатели, цеховые трансформаторы, батареи конденсаторов и т.д. При этом рекомендуется использовать комплектные ячейки КРУ (комплектные распределительные устройства) и КСО (камеры сборные одностороннего обслуживания), что позволяет значительно сократить монтажные работы, стоимость подстанций, повысить надежность электроснабжения и безопасность обслуживания.

Типы применяемых высоковольтных выключателей многообразны, поэтому выбор конкретных типов зависит от предъявляемых требований, условий среды, режимов работы и др. Что касается количества ячеек, присоединенных к секции шин, то оно должно быть выбрано из следующих соображений:

  • 1) по одной на каждое проектируемое присоединение 6—10 кВ;
  • 2) по одной резервной на каждой секции шин;
  • 3) одна на секционный выключатель;
  • 4) одна с измерительным ТН на каждой секции шин;
  • 5) одна с вводным выключателем.

Выключатель нагрузки выбирается по тем же параметрам, что и высоковольтный выключатель, но при проверке его по току отключения за расчетный принимается не ток короткого замыкания, а ток форсированного режима. Это может быть и ток перегрузки, и ток, соответствующий пониженному напряжению. Все зависит от того, в каком режиме, отличном от номинального, будет работать выключатель нагрузки.

На сварной раме 1 (рис. 2.1) установлены шесть опорных изоляторов 2, при этом на нижних изоляторах закреплены контакты 3 с держателями основных ножей 4, на верхних же изоляторах — главные 6 и дугогасительные контакты, которые закрыты дуто гасительными устройствами. С помощью рычага 8и изоляционной тяги /передается движение от вала выключателя к ножам. Для обеспечения необходимой скорости отключения на выключателе смонтированы специальные пружины 13 и амортизирующие резиновые шайбы 14. Стационарные заземляющие ножи 10 соединяются с рамой выключателя гибкими связями 9 и приводятся в движение с помощью вала 11 заземляющего устройства.

Конструкция выключателя нагрузки типа ВНР-10/400-Юз

Рис. 2.1. Конструкция выключателя нагрузки типа ВНР-10/400-Юз:

I — сварная рама; 2 — опорный изолятор; 3 — осевой контакт с держателем;

  • 4 — контактный нож; 5 — дугогасительная камера; 6 — главные контакты;
  • 7 — изоляционная тяга; 8 — рычаг; 9 — гибкая связь; 10 — ножи заземления;

II — вал заземляющего устройства; 12 — тяга; 13 — отключающие пружины;

14 — амортизирующие резиновые шайбы; 15— вал

Для включения выключателя нагрузки рукоятку рычага привода перемещают снизу-вверх, при этом вал 15 поворачивается и с помощью изоляционных тяг включает контактные ножи. Для осуществления отключения выключателя рукоятку рычага привода перемещают сверху вниз или дистанционно от кнопки с замыкающими контактами, при этом вал поворачивается под действием отключающих пружин и отключает выключатель.

Дугогасительные камеры выключателей нагрузки имеют высокую степень износа, т.е. рассчитаны на большое количество операций отключения (без замены вкладыша). Так, ток силой 50 А разрешается отключать 300 раз, а ток силой 400 А — четыре раза.

При операции отключения выключателя нагрузки сначала размыкаются основные рабочие контакты, а затем дугогасительные, которые расположены в дугогасительной камере 5. Электрическая дуга при этом воздействует на стенки вкладыша, образуя интенсивное газовы- деление. Вследствие затрудненного выхода газов из дугогасительного устройства происходит повышение давления в камере, что приводит к быстрому гашению дуги.

Выключатели нагрузки применяют вместо высоковольтных выключателей небольшой и средней мощности с целью снижения стоимости распределительных устройств напряжением 6—10 кВ подстанций. Выключатели нагрузки способны отключать рабочие токи линий, силовых трансформаторов и других приемников электроэнергии. Для отключения токов короткого замыкания, превышающих допустимые значения для выключателей нагрузки, используют высоковольтные кварцевые предохранители, которые комплектуют с выключателями нагрузки (получают так называемый комплект ВКП). Выбор выключателей нагрузки можно производить также и по аналогии с разъединителями.

Плавкие предохранители напряжением выше 1 кВ (высоковольтные) выбирают по конструктивному исполнению, номинальным напряжению и току, предельным отключаемым току и мощности, роду установки (наружная или внутренняя), а в некоторых случаях с учетом избирательной защиты линии. Номинальное напряжение предохранителя должно соответствовать номинальному напряжению сети.

Быстродействующие предохранители с кварцевым песком значительно ограничивают ток короткого замыкания и приближают фазовый угол тока к нулю благодаря активному сопротивлению дуги. Поэтому при их выборе не учитывают апериодическую составляющую тока короткого замыкания. Номинальный ток плавкой вставки следует выбирать так, чтобы она не расплавилась при максимальном токе форсированного режима и пиковых токах. Наибольшая допустимая температура нагрева предохранителя в длительном режиме составляет 105 °С.

Разъединители выбирают по конструктивному исполнению, номинальным напряжению и току, роду установки (наружная или внутренняя), стойкости токам короткого замыкания. Так как разъединители не имеют дугогасительных устройств, позволяющих отключать более или менее значительные токи, то для непосредственного отключения и включения цепей применяют разъединители при токах в коммутируемой цепи, значительно меньших их номинального тока.

Разъединители используют также в схемах распределительных устройств при переводе присоединений с одной системы шин на другую. При отключенном высоковольтном выключателе проведение операций с разъединителями под напряжением сопровождается разрывом цепи зарядного тока, обусловленного емкостью присоединенных токоведущих частей, который невелик по величине (кроме тока конденсаторных батарей) и поэтому отключение и включение его разъединителями не опасно.

Токоограничивающие реакторы выбирают по двум условиям: по их индуктивному сопротивлению, которое рассчитывают по требуемому снижению тока короткого замыкания за реактором, и по минимальному допустимому напряжению на шинах.

Кроме того, токоограничивающие реакторы выбирают по номинальным значениям напряжения и тока, а затем проверяют на термическую и электродинамическую стойкость токам короткого замыкания. Индуктивное сопротивление токоограничивающего реактора, необходимое для ограничения тока короткого замыкания, рассчитывается, и по каталогу выбирается стандартный реактор с индуктивным сопротивлением, ближайшим большим расчетному.

Прежде чем выбирать реактор, необходимо обосновать его применение в каждом конкретном случае, так как установка реакторов должна обеспечивать экономию за счет использования более дешевых ячеек с выключателями и кабелей меньшего сечения [26].

Измерительные трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, первичному и вторичному токам, по роду установки (внутренняя или наружная), конструкции, классу точности и проверяют на термическую и электродинамическую стойкость токам короткого замыкания. Особенность выбора трансформаторов тока состоит в том, что их выбирают еще и по классу точности и проверяют на допустимую нагрузку вторичной цепи. Вторичная нагрузка состоит из следующих сопротивлений: приборов Лприб, соединительных проводов Rnp, катушек токовых реле Rp, а также переходного сопротивления контактов R .

К

Чтобы погрешность трансформатора тока не превысила допустимую для данного класса точность, вторичная нагрузка

не должна превышать Zflon, найденную по кривым 10%-й погрешности (кратности).

Измерительные трансформаторы напряжения для питания измерительных приборов и реле выбирают по номинальному напряжению первичной обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и конструктивному исполнению. Соответствие классу точности следует проверять путем сопоставления номинальной мощности ТН с фактической нагрузкой от подключенных приборов. Суммирование нагрузок в практических расчетах производится арифметически без учета коэффициента мощности отдельных нагрузок. Все нагрузки, включенные на междуфазные напряжения, приводятся к напряжению 100 В, а включенные на фазные напряжения — к напряжению 100/3 В. Проверку по термической и электродинамической стойкости ТН и их ошиновки обычно не производят.

Выбор силовых трансформаторов заключается в определении их требуемого числа, типа, номинальных напряжений и мощности, а также группы и схемы соединения обмоток. Трансформаторы главной понизительной подстанции (ГПП) выполняют, как правило, двухтрансформаторными, причем силовые трансформаторы подстанции могут быть двух- или трехобмоточными.

Напряжения трансформаторов ГПП выбирают на основании технико-экономических расчетов, а их мощность — в зависимости от величины нагрузки и потерь электроэнергии от приемников электроэнергии до высокого напряжения трансформатора ГПП.

Так, ГОСТ 11677—85 «Трансформаторы силовые. Общие технические условия» предусматривает изготовление трехфазных силовых трансформаторов со следующими схемами и группами соединения обмоток: Y/Y0 - О, Y/Y - О, Y/D - 11, Y0/D -11, Y/Z0 -11, D/Y0 - 11, D/D — 0 (первый значок обозначает соединение первичной обмотки: в звезду — Y или в треугольник — D, второй значок после косой черты — соединение вторичной обмотки в звезду, в треугольник или зигзаг — Z, а индекс «О» указывает на то, что наружу выводится нулевая точка обмотки; цифрами после тире обозначена группа соединения обмоток). Группы и схемы соединения обмоток силовых трансформаторов выбирают исходя из условий конкретной задачи [27].

Группа соединения обмоток характеризуется значением угла, на который вектор линейного напряжения вторичной обмотки (обмотки низкого напряжения) отстает от соответствующего вектора линейного напряжения первичной обмотки (обмотки высокого напряжения). Для определения номера группы этот угол следует разделить на 30°. У трехфазных трансформаторов, в зависимости от схемы соединения обмоток (Y или D) и порядка соединения их начал и концов, могут быть различные группы соединения обмоток. При схемах соединения обмоток Y/Y или D/D возможны только четные группы (12, 2, 4, 6, 8, 10), при схемах соединения обмоток Y/D или D/Y — только нечетные группы (11, 1, 3, 5, 7, 9). Промышленность выпускает трехфазные трансформаторы только двух групп: 12 и 11.

Цеховые трансформаторные подстанции, как правило, выполняют комплектными (КТП), а число и мощности цеховых трансформаторов выбирают исходя из категории надежности электроснабжения потребителей, компенсации реактивной мощности на напряжении до 1 кВ, перегрузочной способности трансформаторов в нормальном и аварийном режимах, шага стандартных мощностей, экономичных режимов работы трансформаторов, зависящих от графика нагрузки.

На выбор номинальной мощности трансформатора влияет допустимая аварийная нагрузка. Определение этой нагрузки очень важно, так как она связана с возможным дополнительным тепловым износом изоляции трансформатора. Так, ГОСТ 14209—97 требует учитывать время аварийного режима при определенной температуре среды охлаждения, форме суточной нагрузки и типе трансформатора. По соображениям пожарной безопасности целесообразно в качестве цеховых применять сухие трансформаторы, если это возможно по условиям эксплуатации.

При выборе цеховых трансформаторов определяют их количество, вид (тип, габарит), их единичную номинальную мощность каждого, место размещения, способ присоединения со стороны высокого напряжения и выхода на щит низкого напряжения, схемы и группы соединения обмоток.

Кроме того, при выборе цеховых трансформаторов учитывают окружающую среду. Так, при наружной установке применяют масляные трансформаторы, при внутренней установке используют как масляные, так и сухие (с литой изоляцией), а также трансформаторы с негорючим жидким диэлектриком. Причем для сухих трансформаторов или с негорючим жидким (твердым) диэлектриком для внутрицеховых подстанций отсутствуют ограничения по мощности, количеству, расстоянию между ними, этажности [26].

В Правилах устройства электроустановок приведены указания по выбору электрооборудования и проводников по условиям короткого замыкания, специально оговорены электроустановки напряжением до и выше 1 кВ, которые следует проверять по режиму короткого замыкания, даны сведения о расчетных сопротивлениях, выборе проводников по условиям нагрева при коротком замыкании и выборе аппаратов по коммутационной способности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >