Информативные критерии оценки эффективности электрической защиты сельских сетей 0,38 Кв

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Информативные критерии оценки эффективности электрической защиты сельских сетей 0,38 Кв

До выхода главы 1.7 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) 7-го издания [1] проверка условий срабатывания защиты производилась по кратности токов короткого замыкания (КЗ) по отношению к параметрам защитных аппаратов. Пунктом 1.7.79 ПУЭ [1] установлен новый критерий оценки электрической защиты: наибольшее допустимое время защитного автоматического отключения. В частности, при фазном напряжении 220 В, это время не должно превышать 0,4 с для внутренних распределительных сетей и 5 с - внешних сетей.

Нами произведена оценка возможности выполнения этих критериев в сельских внешних и внутренних сетях 0,38 кВ.

В таблице 1 приведены результаты расчета токов однофазного КЗ в конце воздушной (ВЛ) и кабельной (КЛ) линий 0,38 кВ, сечением проводов 25 мм² и 95 мм², протяженностью 100 м и 800 м, подключенных к трансформаторам мощностью 100 кВА, 250 кВА, 630 кВА при схемах соединения обмоток «звезда-звезда» и «звезда - зигзаг» и индуктивном сопротивлении системы 5 мОм.

Анализ результатов расчетов показывает, что для автоматических выключателей с Iн = 100 А и типом характеристики С, которые, как правило, устанавливаются на головных участках линий, при минимально возможном сечении проводов 25 мм², не всегда достигается даже нижняя граница токов срабатывания (500 А) электромагнитных расцепителей (ЭМР) при КЗ в конце линии.

Ток КЗ в конце линии повышается на 30… 60% при увеличении мощности трансформатора; на 12… 20% при замене воздушной линии на кабельную или СИП; на 10… 50% при использовании трансформатора со схемой включения вторичной обмотки в «зигзаг». В наибольшей степени на увеличение тока КЗ на 50… 130% для линии длиной 100 м и на 140… 180% для линии длиной 800 м влияет повышение сечения проводов (до 95 мм).

При малой протяженности головной линии использование одного или нескольких из этих мероприятий позволяет войти в зону срабатывания ЭМР.

При увеличении протяженности головной линии вероятность срабатывания ЭМР существенно снижается из-за слишком низких значений токов КЗ (таблица 1). Проведенные нами расчеты возможного времени срабатывания ТР автоматических выключателей различных типов, установленных на головных участках воздушных линий, показывают, что для верхних значений защитных характеристик регламентируемое [1] время (до 5 c) в большинстве случаев не обеспечивается. Поэтому требуется применять дополнительную защиту, например, с использованием реле, включаемого в рассечку нулевого провода [2].

Таблица1. Результаты расчета токов однофазного КЗ в конце линий 0,38 кВ при различных параметрах внешней электрической сети

Ситуация усложняется для внутренних электрических сетей. В таблице 2 приведены результаты расчетов токов однофазного КЗ в конце участков линий длиной 60 м, сечением 4 мм², выполненных алюминиевым и медным проводом, для некоторых из рассмотренных сочетаний параметров ВЛ и силовых трансформаторов.

Таблица 2. Результаты расчета токов однофазного КЗ в конце линий 0,38 кВ при различных параметрах внешней и внутренней электрической сети

ток замыкание электрический сеть

В рассмотренном примере значения токов КЗ при любой длине головной линии существенно ниже диапазонов срабатывания ЭМР выключателей серии АЕ (с номинальным током от 16 А) даже при проведении всех рассмотренных выше мероприятий. Но при малой длине этой линии (100 м) величина тока КЗ может достигать зоны срабатывания ЭМР для выключателей серии ВА с характеристикой типа В (от 3 Iн до 5 Iн), а, в некоторых случаях, с характеристикой типа С (от 5 Iн до 10 Iн), если номинальный ток выключателей не превышает 32 А. При большой длине линии в ряде случаев не будет обеспечена необходимая чувствительность ЭМР к току КЗ даже выключателей с номинальным током до 16 А.

Таким образом, регламентируемое [1] наибольшее допустимое время срабатывания защиты (0,4 с) во многих случаях будет превышено.

Кроме того, при защите внутренних электрических сетей возникают дополнительные проблемы. В электропроводках высокую пожарную опасность представляют дуговые КЗ. Возникающая при КЗ электрическая дуга, температура которой достигает нескольких тысяч градусов, может воспламенить изоляцию или другие горючие материалы, что вместе с действием искр и расплавленных частиц металла часто приводит к развитию пожара. При этом, действуя, как дуга электросварочного аппарата, дуга КЗ может пережечь электропроводку быстрее, чем сработает защита, что эквивалентно ее отсутствию и неконтролируемому протеканию пожароопасных процессов [3]. Современные методики выбора электрической защиты не учитывают воздействие электрической дуги КЗ на электропроводки. Тем самым допускается возможность электропожара еще на этапе проектирования защиты.

Массовое применение устройств защитного отключения (УЗО) не решает проблему в полной мере, так как по принципу действия они не реагируют на однофазные КЗ на нулевой рабочий провод и междуфазные КЗ. Эти функции по-прежнему возлагаются на автоматические выключатели, с которыми комбинируются УЗО.

В Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова предложен подход к оценке эффективности электрической защиты по показателям пожарной опасности КЗ, основанный на следующем [3 - 5].

Диапазон токов КЗ данного вида на участке сети, для которого время пережога электропроводки возникающей электрической дугой меньше времени срабатывания защиты, называется незащищенной зоной или зоной пережога (рисунок 1). Отношение диапазона токов КЗ, для которого время пережога меньше времени срабатывания защиты, к диапазону токов КЗ на участке сети можно интерпретировать, как долю незащищенной части участка сети.

Показатель , определяемый долей незащищенной части участка сети (отношением длины незащищенной части участка электрической сети к полной длине участка), называется коэффициентом незащищенности участка сети:

, (1)

где - длина s-го участка сети (s = 1., S),

- длина зоны пережога на этом участке при k-м виде КЗ.

Нулевое значение этого показателя соответствует отсутствию опасности пережога на участке сети (и, как следствие, значительно меньшей опасности пожара, так как процесс развития КЗ ограничивается электрической защитой), а единичное - полной незащищенности участка сети.

На основе этого показателя строится показатель , характеризующий пожарную опасность сети в целом. Он может быть определен как отношение суммы длин зон пережога к сумме длин всех участков сети:

(2)

Этот показатель называется коэффициентом незащищенности электрической сети. Он должен рассчитываться для каждого вида КЗ и имеет граничные значения 0 и 1.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1. Совмещенные характеристики пережога провода и срабатывания автоматического выключателя

Учитывая, что пожарную опасность при дуговых коротких замыканиях представляют прежде всего участки электрической сети, для которых время пережога меньше времени срабатывания защиты (в этом случае защита не влияет на процесс пережога и пожароопасные факторы электрической дуги) в заданном диапазоне токов КЗ, можно поставить в соответствие эффект пережога до срабатывания защиты и развитие вследствие этого пожара.

Тогда вероятность пожара от КЗ данного вида в течение времени Т на s-м участке сети можно определить по формуле:

, (3)

где - вероятность возникновения КЗ данного вида на участке сети в течение времени Т;

- вероятность сосредоточения пожароопасного вещества вблизи электропроводки;

- вероятность перерастания возникшего загорания в пожар;

- вероятность отказа системы пожаротушения.

- вероятность воспламенения пожароопасного вещества, включая горючую изоляцию.

В расчетах значения вероятностей , , и принимаются равными единице, поэтому называется показателем пожарной опасности k-го вида короткого замыкания на s-ом участке электрической сети:

(4)

Используя коэффициент незащищенности электрической сети, можно определить показатель пожарной опасности k-го вида короткого замыкания для всей электрической сети рассматриваемого объекта по формуле

, (5)

где - вероятность КЗ k-го вида в электрической сети в течение времени T.

С учетом введенных показателей рассчитывается интегральный показатель пожарной опасности всех видов коротких замыканий в электрической сети.

Введенные показатели могут использоваться в качестве количественной меры пожарной опасности электропроводок.

Таким образом, представляется целесообразным производить оценку эффективности электрической защиты по критериям количественной оценки пожарной опасности КЗ, а параметры системы электроснабжения 0,38 кВ, включая типы электропроводок во внутренней электрической сети, выбирать с учетом этих критериев.

Список литературы

1. Правила устройства электроустановок. - 7-е изд. - М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2003. - 176 с.

2. Сошников, А.А. Перспективные направления улучшения функциональных показателей систем сельского электроснабжения / А.А. Сошников, Б.С. Компанеец // Энерго- и ресурсосбережение - XXI век.: материалы XIII международной научно-практической интернет-конференции, 15 марта - 30 июня 2015 г., г. Орел / Под редакцией д-ра техн. наук, проф. О.В. Пилипенко, д-ра техн. наук, проф. А.Н. Качанова, д-ра техн. наук, проф. Ю.С. Степанова. - Орел: Госуниверситет-УНПК, 2015. - С. 50 -53.

3. Сошников, А.А. Количественные показатели в технологиях безопасности / А.А. Сошников, Б.С. Компанеец // Ползуновский вестник. - 2014, №4 Т. 1 - С. 119 - 123.

4. Сошников, А.А. Интегральный показатель пожарной опасности коротких замыканий в электроустановках зданий / А.А. Сошников, С.А. Сошников // Ползуновский вестник. - 2009. - №4. - С. 51-53.

5. Сошников, C. А. Оценка эффективности систем комплексной безопасности электроустановок низкого напряжения / C.А. Сошников, Т.В. Еремина // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - 2009. - №5. - С. 4-6.

Размещено на Allbest.ru