Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей

11 ноября 2014 k-igor

Сегодня вашему вниманию хочу предложить очень обсуждаемую тему селективной защиты автоматических выключателей. Если вы думаете, что здесь все просто и однозначно, то это не совсем так. В чем же особенность селективной защиты?

В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.

Однако, в итальянском Стандарте CEI 64-8 “Электрические установки с номинальным напряжением ниже 1000 В переменного тока и 1500 В постоянного тока” в отношении установок низкого напряжения в части 5 “Выбор и монтаж электрических компонентов” написано:

“Селективность между устройствами защиты от сверхтоков (536.1).

Когда несколько защитных устройств установлены последовательно, и это оправдано требованиями эксплуатации, их рабочие характеристики должны выбираться таким образом, чтобы отключать только часть установки, где возникла неисправность.”

В комментариях, кроме всего этого, добавлено следующее:

“Рабочие ситуации, требующие селективности, определяются пользователем или проектировщиком установки.”

Из этого следует, что Стандарт указывает на то, что рабочие характеристики должны быть выбраны с обеспечением селективности, когда это оправдано требованиями эксплуатации.

А теперь рассмотрим проблемы, которые могут возникнуть при выборе автоматических выключателей с учетом селективной защиты.

Основная масса автоматических выключателей примерно до 400А применяется без регулируемых расцепителей, неговоря уже про модульную серию. Остановимся на автоматических выключателях модульной серии, т.е. до 125А.

Диапазоны токов мгновенного расцепителя

Как известно, автомат защищает от перегрузки и короткого замыкания. Модульные автоматические выключатели могут иметь электромагнитные расцепители с характеристиками B, C, D.

Зависимость времени срабатывания ВА от тока в его цепи

Чтобы правильно выбрать автомат, нужно уметь читать график зависимости времени срабатывания автоматического выключателя от тока в цепи, т.е. время-токовую характеристику автомата. Ниже представлена время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С.

Время-токовая характеристика автоматического выключателя ВА47-29 16С

Зона между красными линиями нам показывает интервал времени срабатывания автомата. Например, при токе 2,55*16=40,8А данный автомат сработает за время от 1 до 60 сек.

В своих проектах полную селективность я практически никогда не обеспечиваю, поскольку обеспечить ее крайне трудно на автоматических выключателях модульной серии.

Селективность можно разделить на две зоны:

• селективность в зоне перегрузки;
• селективность в зоне короткого замыкания.

Селективность в зоне перегрузки я обеспечиваю всегда во всех проектах без исключения. Здесь все просто. Если группой автомат 16С, то автомат выше будет как минимум 20С. Такую расстановку выключателей все, и я в том числе, называем селективностью. Но если разобраться, то в зоне короткого замыкания такие автоматы не будут селективными.

Чтобы модульные автоматические выключатели были селективными, то соотношение их номиналов должно быть примерно 2,5 при условии, что автоматы с одинаковыми электромагнитными расцепителями. На следующем графике приведены время-токовые характеристики автоматов D6, D16, D40.

Соотношение модульных автоматов

Как видим, даже у этих автоматов есть небольших общие зоны срабатывания.

В следующем примере сравним B6, C20, D63.

Сравнение B6, C20, D63

Здесь уже общих пересекающихся зон не наблюдается. Соотношение номинальных токов около 3,2.

Кстати, чтобы обеспечить селективность предохранителей их соотношение должно быть примерно 2,5.

Смысл всей этой статьи в том, что в 99% случаях полная селективность нам и не нужна. В наших проектах у нас выполняется лишь частичная селективность в зоне перегрузки.

Селективность нужно там, где это может повлечь серьезные последствия. А если у нас от к.з. сработают 2-3 последовательно включенных автомата, то никакой трагедии не произойдет. Тем более, что короткие замыкания происходят не так часто.

Советую почитать:

Рубрика: Проектирование Метки: селективность

комментарий 31 “Проблемы селективной защиты при выборе автоматических выключателей”

У АВВ есть селективный модульный выключатель ABB S750 DR. Он обеспечивает селективность в зоне КЗ. Только стоимость этого чуда техники оставляет желать лучшего. Да и найти такую штуку не просто.

А с учетом того, что приходится проектировать очень много бюджетных объектов, кроме как на IEK, EKF и т.п. рассчитывать не приходится.

У IEK модульных селективных выключателей не видел.

а их и нету у ИЕК

Очень нравиться статьи. Хочу напечатать и создать папку для молодых инженеров. Как скопировать стаью полностью?

Статья отличная, главное очень доходчиво все разъясняется. Сразу направил ссылку одному из своих заказчиков, в загородном коттедже при дуговом коротком замыкании в розетке, выбивает входной автомат в щите ввода на улице. Заказчик должен знать, что проблемы не только у него.

К сожалению, но даже используя автоматы с электронными расцепителями с выдержками времени, не всегда можно добиться полной селективности.

Например, для серии Compact NSX с токами 100. 630 А с расцепителем Micrologic 5.

У него регулируются уставки по перегрузке, селективная токовая отсечка с выдержкой времени и мгновенная токовая отсечка.

Проблема в мгновенной токовой отсечке Ii.

Токи короткого замыкания могут превышать максимальное значения уставки Ii.

В этом случае селективности не будет.

Например, для NSX100 Ii=15*In=15*100=1500 А.

Такие токи КЗ весьма вероятны для шин ВРУ, а часто могут быть существенно больше (например, вблизи подстанции).

При этом для токов до 630 А многие модели автоматов не позволяют вывести из работы мгновенную токовую отсечку (Ii — off).

Вот и получается, что даже применяя для РУ-0,4 кВ подстанций и ВРУ-0,4 кВ зданий автоматы с электронными расцепителями селективность будет частичной.

У «Шнайдера» есть хорошая онлайн-программа.

Максимальные значения уставки Ii будут регулироваться. Ток КЗ будет идти к своему максимальному значению не мгновенно. Возможен ли такой вариант, что при нарастании тока КЗ нижестоящий выключатель вырубится раньше? (Хоть и при установленном значении они вырубились бы оба)

А при нарастании тока КЗ нижестоящий автомат не успеет отключиться раньше при разных значениях Ii? (Хоть и установленное значение КЗ превышало бы оба показателя Ii)

В наших нормативных документах про селективную защиту практически ничего не сказано.

3.1.8. Электрические сети должны иметь защиту от токов короткого замыкания, обеспечивающую по возможности наименьшее время отключения и требования селективности.

В книгах советских корифеев достаточно много уделено внимания селективности (Шабад, Беляев и др.).

Вячеслав! Сомневаюсь. «Шнайдер» пишет, что при ТКЗ более Ii селективность неполная, частичная. Полная селективность там, где Ii можно отключить (Ii — off).

Регулировать Ii можно. Но при токах Ir близких к In это мало что даст. См. пример выше. Для NSX100 максимальное Ii=15*In=15*100=1500 А.

При ТКЗ в 3000 А могут сработать оба автомата.

Тогда надо специально завышать In, чтобы Ii было больше.

Но это не всегда возможно и не всегда оправдано. В любом случае при больших ТКЗ даже этой меры не хватит.

Единственный плюс в данном случае следующее. Часто (но не всегда)для распред. сетей с большими расчетными токами

1-фазное ТКЗ находится в пределах Isd и Ii.

Учитывая, что 1-фазное КЗ чаще трехфазного, селективность будет.

Но если минимальное 1-фазное КЗ больше Ii (характерно для точек близких к подстанциям), то селективности не будет.

В принципе Ii вообще не нужна, но у многих автоматов ее нельзя отключить (на форуме Colan этот вопрос уже поднимал).

Ребята, извиняюсь, был неправ. Не учитывал кривые токоограничения и рефлексное отключение. Подробнее — см. каталоги производителя.

А вообще полная селективность не всегда нужна. Сам в своем опыте не встречал требований полной селективности. А при таких авариях с такими токами КЗ надо не за селективностью уже следить, а за наличием качественной пожарной сигнализации.

Наткнулся на очередную полезную и интересную статью, за что очень благодарен ее автору!

Хочу задать вопрос о селективности автоматов 0,4 кВ в питающих сетях.

Прописано ли в каком-нибудь документе требование, что уставка срабатывания расцепителя аппарата защиты на питающем фидере в ВРУ здания должна быть больше уставки срабатывания расцепителя аппарата защиты на вводе ВРУ, т.е. с другой стороны?

На этот счет у меня возникли разногласия с инспектором надзора.

Для электроснабжения промпредприятия запроектирована комплектная ТП, от которой запитаны 8 ВРУ-0,4кВ. Причем изначально запроектирована именно КТП (требование заказчика). Ведь по-хорошему, изначально должен выполняться проект внутреннего электроснабжения, а уже после — проект по КТП (см. статью Порядок проектирования электроустановок ).

Предварительно посчитаны нагрузки на стадии А (архитектурный проект, РБ), на основании чего выполнен проект по комплектной ТП с учетом разработанных совместно с заказчиком решений по внутреннему электроснабжению.

Проект по ТП на стадии С (строит. проект) согласован в РЭС, филиалах Энергонадзор и Энергосбыт и передан заказчику.

Прошло время, закончен и проект по внутрянке, в результате чего уточнены нагрузки по каждому ВРУ.

К тому же изначально расчетные коэффициенты мощности (cos) всех ВРУ были завышены (особенности расчета нагрузок по РТМ — в расчете Qр для питающих сетей не фигурирует коэффициент Кр, см. п. 3.2.8, что завышает cos) — вместо первоначальных 0,94 получилось 0,84 (пример для одного ВРУ). Соответственно выпросли расчетные токи, в связи с чем пришлось корректировать уставки АВ-0,4 кВ на КТП. Внес изменения, поехал на согласование корректировок по всем инстанциям. Дошел до Энергонадзора.

Начинаю объяснять инспектору, что по результатам выполнения проекта по внутреннему электроснабжению предприятия требуется поднять уставки на АВ в РУ-0,4кВ КТП. Показываю в качестве примера:

— «Рассмотрим ВРУ-5, у которого изначально предусмотрена уставка аппарата на вводе (ВА88-37+МР211) — 320А, при этом уставка автомата на питающем фидере от ТП к ВРУ-5 — тоже 320 А (Eaton NZM3). Не хорошо, не обеспечивается селективность срабатывания автоматов. Для этого я поднял уставку до 400 А».

Инспектор: — «Покажите нормативный документ или дайте на него ссылку, где сказано, что в сетях до 1 кВ уставка АВ на питающем фидере от ТП к ВРУ должна быть больше уставки вводного автомата на вводе этого ВРУ? Я считаю, что они могут быть одинаковыми, а отключится первым тот, у которого чувствительность выше. Докажите обратное».

— «Я руководствуюсь, в первую очередь, логикой. Разрешенную мощности мы не превышаем. При этом если в результате перегрузки питающей линии отключится аппарат защиты в голове линии (на фидере в ТП), то обслуживающему персоналу придется идти в КТП для его включения. А если обслуживаем занимается сторонняя организация, то время на включение значительно увеличивается».

-«Не вижу проблемы. Докажите обратное. Еще вопросы есть?» — таков был ответ инспектора.

И я не смог подтвердить требование селективности ничем, кроме потери времени на включение автомата в КТП.

Какие у вас соображения на этот счет? Где прописаны такие требования?

А еще он сказал, что для вновь проектируемых объектов в РБ коэффициент мощности должен быть не ниже 0,9. А где про это написано, я у него не спросил.

Выбираем автоматический выключатель для защиты электросети

Автоматическими выключателями называют устройства, которые осуществляют мгновенное отключение линий питания при возникновении аварийных ситуаций – перегрузок или коротких замыканий (КЗ). Также они позволяют самостоятельно обесточивать отдельные участки электросети, если нужно осуществить ремонт или определенные монтажные работы вблизи электропроводки и источников напряжения. Выбирать автоматы следует тщательно, ведь от них в дальнейшем будет зависеть безопасность всего дома.

Ток короткого замыкания

Подбор предельного тока КЗ, при котором автоматический выключатель срабатывает и размыкает электрическую цепь, является чрезвычайно важным шагом, поэтому начинать следует именно с него.

Сегодня среди ассортимента современных автоматов можно найти модели с показателями предельного тока КЗ номиналами 3, 4,5, 6, 10, 15, 17,5 и 20 кА. Параметр обязательно указывается на корпусах устройств в амперах, как это показано на рисунке красной стрелкой.

В большинстве старых жилых сооружений и дачных домов в сельской местности чаще всего необходима установка чувствительных выключателей до 4,5 кА, способных отреагировать на небольшие токи КЗ. Если есть теоретическая вероятность возникновения таких токов силой около 4,5 кА, например, когда распределительный щит находится вблизи подстанции, стоит отдать предпочтение автомату на 6 кА. Если же в сооружении планируется применять мощную технику, выбирайте автоматические выключатели от 10 кА.

Номинальный ток

Следующий важный параметр работы автоматического выключателя – номинальный ток. Его значение указывает на то, в какой момент устройство отключит цепь с целью защиты электросети от перегрузок.

Подбирать автомат с тем или иным номинальным током следует, отталкиваясь от значения сечения кабеля домашней проводки. Именно от этого показателя зависит способность жил кабеля выдерживать нагрузки от одновременной работы всей бытовой техники, которая есть в доме.

Значение номинального тока разных моделей выключателей может колебаться примерно от 0,5 до 125 А. На корпусах этот параметр указывается (см. стрелку на рисунке) рядом с буквенными обозначениями B, C или D, о которых мы расскажем далее.

Выбирая автоматические выключатели для конкретных узлов бытовой электросети, рекомендуется придерживаться следующих соотношений сечений жил кабеля к номиналам токов устройств:

• — 1,5 кв.мм/10 А – линии освещения;
• — 2,5 кв.мм/16 А – линии розеток;
• — 4 кв.мм/25 А – проточные водонагреватели небольшой мощности (до 5 кВт);
• — 6 кв.мм/32А – высокомощные водонагреватели и электроплиты, узлы ввода в квартиры с газовыми плитами;
• — 10 кв.мм/50А – вводные линии в помещения с электроплитами.

Кривая отключения

Так называемая время-токовая характеристика, или кривая отключения указывает на то, как быстро выключатель может сработать в результате прохождения через него тока с разной силой и продолжительностью.

Существуют три таких характеристики: B, C и D. Приборы с кривой B наиболее восприимчивы к изменениям тока и реагируют на минимальные колебания, D – наименее чувствительны и подходят для применения в промышленных сооружениях с большим количеством мощной техники. Модели с C-характеристиками могут использоваться как в быту, так и в небольших заведениях, связанных с производством. Маркировка, указывающая на тип кривой отключения, наносится на корпус устройства рядом со значком номинального тока.

Автомат с правильно подобранной кривой отключения обеспечит дом своевременной и главное – оптимально чувствительной системой защиты от перегрузок. Например, если к сети обычно подключаются приборы с небольшими пусковыми токами (когда разница между током включения и номинальным минимальная), подойдет автоматический выключатель с кривой отключения B, который способен мгновенно среагировать на несвойственные для такой проводки колебания.

Для гаражей, мастерских и других помещений, где могут периодически включаться мощные устройства с высокими пусковыми токами (например, электродвигатели), лучше выбирать автоматы с C-характеристикой. Устройство с несколько пониженной чувствительностью не будет каждый раз обесточивать электросеть, ошибочно срабатывая в результате запуска той или иной техники.

Наконец, для крупных промышленных объектов подойдут выключатели с кривой отключения D, которые позволят включать высокомощные приборы в сеть, при этом продолжая защищать от возможных перегрузок.

Количество полюсов

Полюса у выключателей – современные аналоги устаревших предохранителей в счетчиках, известных под названием «пробка». Сколько полюсов и, соответственно, переключателей имеет автомат – столько пробок он заменяет собой.

Подбирать необходимое число полюсов в выключателе довольно легко. Для этого достаточно воспользоваться следующим алгоритмом:

Код кривой автоматического выключателя

Сайт самозанятого проектировщика в Санкт-Петербурге

Выбор автоматического выключателя

Введение

В этой статье я рассмотрю «выбор автоматического выключателя» (далее — автомата) для защиты электроприборов. Синонимы фразы в кавычках: «выбор автоматического выключателя по мощности», «выбор автоматического выключателя по току». Для наглядности буду ссылаться на параметры популярных автоматов ИЭК ВА47-29. Приведу примеры выбора автомата.

Картинка к статье про выбор автоматического выключателя

Выбор автоматического выключателя по току

Первый параметр, по которому выбирается автомат — номинальный ток. В обычном модульном автомате 2 расцепителя: тепловой и мгновенный. Второй обеспечивает защиту от сверхтоков, первый — от токов, превышающих номинальный ненамного. Номинальный ток автомата должен быть выше максимального тока защищаемой цепи. А максимальный ток можно высчитать, зная мощность нагрузки.

Ряд номинальных токов автомата ВА47-29 выглядит так: 6, 10, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63 А. ИЭК выпускает такие автоматы и с другими номинальными токами, только те невозможно купить без глубокого поиска и заказа.

Выбор автоматического выключателя по характеристике расцепителя

Для защиты…
1. электроприборов, освещения подойдут выключатели с характеристикой В,
2. двигателей с небольшими пусковыми токами (компрессор, вентилятор) – выключатели с характеристикой C,
3. двигателей с большими пусковыми токами (подъемные механизмы, насосы) – выключатели с характеристикой D.
Для защиты розеточных цепей, куда могут подключаться пылесосы, вентиляторы, электродрели, подойдет характеристика С.

Выбор автоматического выключателя по отключающей способности

Это — максимальный ток, при котором производитель гарантирует разрыв защищаемой цепи. Например, 4,5 кА для ВА47-29. В цепь, где ток короткого замыкания превысит 4500 А, такой автомат ставить нельзя.

Остальное

У таких популярных автоматов, как ВА47-29, есть масса дополнительных черт…

• наличие индикатора положения контактов
• широкий диапазон рабочих температур от –40 до +50 °С.
• сечение жил в клеммах — до 25 кв. мм.
• …

Дополнительные устройства

Наличие в номенклатуре производителя дополнительных устройств позволяет реализовать некоторые функции. Например. если нужно обеспечить отключение автомата по сигналу пожарной сигнализации, применяют автомат в сцепке с независимым расцепителем РН47.

Кроме РН47, к автомату ВА47-29 ИЭК выпускает: контакты состояния КС47, КСВ47 и расцепитель минимального напряжения РМ47. Их рассматривать не будем. Я упомянул о них, поскольку возможность укомплектовать автомат такими устройствами влияет на выбор.

Время отключения автомата

Согласно 1.7.79 ПУЭ автомат должен отключить защищаемую цепь за 0,4 с при 220 В (1 фаза) или 0,2 с при 380 в (3 фазы). Популярные модульные автоматы ИЭК ВА47-29 обеспечивают время отключения при сверхтоках менее 0,1 с. Т.е. полностью удовлетворяют требованию п. 1.7.79 пуэ. Конечно, при условии, что при кз ток достигнет величины 5-10 номинальных токов. А это бывает не всегда.

Как ток короткого замыкания влияет на защиту автоматом

Предположим, что автомат с характеристикой С16 защищает электроприборы. В случае, если ток короткого замыкания не превысит 160А для холодного состояния автомата или 80А для нагретого, расцепитель сверхтоков не сработает. Будет работать тепловой расцепитель, который отключит защищаемую цепь через десятки-сотни секунд. Этого времени может оказаться достаточно, чтобы защищаемый электроприбор или кабель воспламенился.
Поэтому при проектировании рассчитывают ткз и проверяют срабатывание автоматов. При эксплуатации электроустановки можно замерить ткз на конце кабеля, который нужно защищать. Зная эту цифру, подобрать эффективное решение по защите.

Выбор автоматического выключателя для защиты вновь подключаемого оборудования — пример №1

Пусть мне нужно защитить автоматом группу из 7 светильников мощностью 20 Вт, напряжением 220 В. В первую очередь я сосчитаю суммарную мощность группы 7*20=140 Вт. Во вторую — определю ток 140 Вт/220 В=0,64 А. Фактором мощности светильников и кпд пускорегулирующей аппаратуры пренебрегу. Из популярных номиналов автоматов к полученному току 0,64 А ближе всего номинал 6А.

А для защиты светильников рекомендуется применять автоматы с характеристикой расцепителя В. Выбираю автомат популярной марки ВА47-29 В6А. При отсутствии в зоне досягаемости В6А приобрету С6А.
Для электропитания светильников применяю кабель ВВГнг-ls 3х1,5, который легко войдет в клеммы ВА47-29, рассчитанные на сечение жил до 25 кв. мм.
По условиям эксплуатации автомат ВА47-29 также меня устроит. Он должен применяться в диапазоне температур -40+50 градусов Цельсия. И имеет группу защиты IP20. Размещаю его в сухом щите внутри помещения.

Выбор автоматического выключателя для защиты вновь подключаемого оборудования — пример №2

Пусть мне нужно защитить автоматом группу из 6 розеток напряжением 220 В. Я составлю список нагрузок, где будут: пылесос 1 квт, электродрель 700 вт, торшер 100 Вт, зарядка для мобильника 20 вт, телевизор 150 вт. В первую очередь я сосчитаю суммарную мощность группы 1+0,7+0,1+0,02+0,15=1,97 кВт. Во вторую — определю ток 1970 Вт/220 В=8,95 А. Фактором мощности перечисленных приборов пренебрегу. Из популярных номиналов автоматов к полученному току 8,95 А ближе всего номинал 10А.

Однако я выберу популярный номинал 16А, который даст возможность подключать оборудование с суммарной мощностью 3,52 кВа. Для защиты электромоторов с небольшим пусковым током рекомендуется применять автоматы с характеристикой расцепителя С. Выбираю автомат популярной марки ВА47-29 С16А. Поскольку среди подключаемых приборов есть переносные — электродрель, пылесос, дополнительно к автомату применю узо.

Выбор коммутационных аппаратов и токоведущих частей распределительных устройств — Выбор выключателей

2 ВЫБОР КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ
2.1 Выбор выключателей
Выключатель- это коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи в различных режимах работы. Выключатели должны надежно отключать токи нормального режима и режима КЗ, а также малые индуктивные и емкостные токи без появления при этом опасных коммутационных перенапряжений.
При проектировании электроустановок первоначально намечают типы выключателей, а затем производят их выбор по следующим параметрам [1,7]:
а) по напряжению электроустановки
, (2.1)
где — номинальное напряжение установки;
— номинальное напряжение выключателя;
б) по длительному току в нормальном и форсированном режимах работы
(2.2)
в) по отключающей способности
При выборе выключателя по отключающей способности сначала производится проверка на симметричный ток отключения по условию:
(2.3)
где — периодическая составляющая тока короткого замыкания, для момента времени
Далее проверяют выключатель на возможность отключения апериодической составляющей тока КЗ по условию:
, или ; (2.4)
где — номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключающем токе для момента времени
— нормированное значение содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, %, которое берется по каталогу для выбранного выключателя. Если отсутствует для данного типа выключателя, то оно может быть определенно по кривой представленной на рисунке 2.1 или рассчитано для момента времени по выражению:
, (2.5)
‑ апериодическая составляющая тока КЗ в момент расхождения контактов выключателя ;
‑ процентное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе КЗ, которое определяется по выражению:
(2.6)
Если условие (2.3) выполняется, а (2.4) не выполняется, то допускается проверку выключателя по отключающей способности производить по полному току КЗ:
; (2.7)
или (2.8)

Рисунок 2.1-Нормированное содержание апериодической составляющей в отключаемом токе

Проверка выключателя по включающей способности производится по условию:
(2.9)
где — ударный ток КЗ в месте установки выключателя,
— начальное значение периодической составляющей тока КЗ в месте установки выключателя,
— номинальный ток включения выключателя, равный номинальному току отключения (начальное действующее значение периодической составляющей);
— наибольший пик тока включения.
На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по двум условиям:
(2.10)
где — начальное действующее значение периодической составляющей сквозного предельного тока КЗ, равное номинальному току отключения выключателя;
– наибольший пик сквозного предельного тока КЗ.
На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока КЗ в соответствии с выражением (1.12).
Согласно ПУЭ намеченные к установке выключатели должны быть проверены по параметрам переходного восстанавливающегося напряжения (ПВН) на контактах выключателя. ПВН появляется на контактах выключателя после погасания в нем электрической дуги [5,7] .
Для воздушных выключателей рекомендуется выполнить сначала приближенную проверку скорости восстановления напряжения [8]:
, (2.11)
где — расчетный ток трехфазного КЗ;
— количество линий, не считая поврежденной.
Если условие (2.11) не выполняется, необходимо произвести уточненный расчет.
Для уточненной проверки выключателей по параметрам восстанавливающегося напряжения необходимо сопоставить расчетную кривую переходного восстанавливающегося напряжения с нормированной. Расчетная кривая ПВН не должна выходить за пределы нормированной характеристики ПВН выключателя и один лишь раз должна пересекать линию запаздывания. Линия запаздывания параллельна начальной части нормированной характеристики ПВН выключателя и определяется двумя координатами и . Для выключателей напряжением 110 кВ и выше , а координата установлена равной 2, 4 и 8 мкс в зависимости от отключаемого тока, равного соответственно 100, 60 и 30% номинального тока отключения.
Нормированная характеристика переходного восстанавливающегося напряжения для сетей с эффективно заземленной нейтралью, напряжением 110 кВ и выше, задается четырьмя координатами и . Нормированные характеристики ПВН для выключателей напряжением 110 кВ и выше приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 — Нормированные характеристики ПВН для выключателей напряжением 110 кВ и выше.

Нормированная характеристика ПВН для сетей с незаземленной нейтралью или заземленной через дугогасительные реакторы с номинальным напряжением 6¸35 кВ задается двумя координатами и . Линия запаздывания для данных выключателей определяется координатами и [5]. Нормированные характеристики ПВН для выключателей напряжением до 35 кВ включительно приведены в таблице 2.2.
Таблица 2.2 — Нормированные характеристики ПВН для выключателей напряжением до 35 кВ

Аналитический расчет ПВН для проверки выключателей может быть выполнен приближенно с рядом упрощений [5]. При расчете ПВН не учитываются активные сопротивления элементов расчетной схемы и влияние короны воздушных линий электропередач (ЛЭП); изменение отключаемого тока вблизи его нулевого значения принимается линейным; воздушные ЛЭП, подключенные к системе сборных шин распределительного устройства, представляются активными сопротивлениями, равными эквивалентным волновым сопротивлениям линий [6].
Для одноцепных ЛЭП могут быть приняты следующие средние значения волновых сопротивлений прямой последовательности представленные в таблице 2.3.
Таблица 2.3 — Средние значения волновых сопротивлений прямой последовательности для одноцепных ЛЭП

Волновые сопротивления нулевой последовательности для одноцепных ЛЭП принимаются равными , т.е. . Для двух параллельных одноцепных ЛЭП , а для двухцепной ЛЭП на одной опоре .
Расчетными видами КЗ для определения ПВН являются трехфазное и однофазное КЗ на землю. Трехфазное КЗ без соединения с землей является редким исключением [5].
При трехфазном КЗ на землю в наихудших условиях находится первый полюс выключателя, так как он отключает ток трехфазного КЗ. После погасания дуги в первом полюсе выключателя трехфазное
КЗ на землю переходит в двухфазное КЗ на землю, отключаемое вторым полюсом. Третий полюс отключает ток однофазного КЗ.
Трехфазному КЗ на землю соответствует комплексная схема замещения представленная на рисунке 2.2. Входное сопротивление схемы, при , равно:
. (2.12)
Переходное восстанавливающееся напряжение на первом полюсе выключателя при трехфазном КЗ на землю определяется по выражению:
, (2.13)
где — действующее значение тока трехфазного КЗ;
— эквивалентная индуктивность схемы;
— индуктивность прямой последовательности;
— количество линий, не считая поврежденной;
, (2.14)
где — сопротивление прямой последовательности местной электростанции;
— базисное сопротивление;
— индуктивность нулевой последовательности местной электростанции;
— сопротивление нулевой последовательности местной электростанции
Скорость восстановления напряжения на полюсе выключателя без учета емкости схемы определяется по выражению:
. (2.15)

Рисунок 2.2 – Комплексная схема замещения
При учете емкости схемы скорость восстановления напряжения на полюсе выключателя определяется по выражению:
, (2.16)
где — входное сопротивление схемы при учете емкости;
— эквивалентная емкость схемы;
— емкость проводников и элементов оборудования схемы;
— действующее значение тока трехфазного КЗ;
— линейное напряжение сети;
— эквивалентная емкость нулевой последовательности схемы;
— дополнительный множитель, определяемый по кривой, , представленной на рисунке 2.3;
.

Рисунок 2.3 – Диаграмма для определения множителя

При однофазном КЗ на землю комплексная схема замещения, в которой сопротивления прямой, обратной и нулевой последовательностей включены последовательно и обтекаются током , представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Комплексная схема замещения при однофазном КЗ на землю
Входное сопротивление схемы относительно контактов выключателя определяется по выражению:
. (2.17)
ПВН на полюсе выключателя при однофазном КЗ на землю определяется по выражению:
, (2.18)
где — эквивалентная индуктивность схемы при однофазном КЗ на землю.
Скорость ПВН на полюсе выключателя без учета емкости схемы при однофазном КЗ на землю определяется по выражению (2.15), в котором необходимо заменить на .
При учете емкости схемы скорость ПВН на полюсе выключателя определяется по выражению (2.16) , в которое необходимо подставить
, (2.19)
где — эквивалентная емкость схемы при однофазном КЗ на землю.
При трехфазном КЗ без замыкания на землю входное сопротивление схемы принимается равным .
ПВН на полюсе выключателя определяется по выражению (2.13), где вместо и необходимо подставить и .
Скорость ПВН на полюсе выключателя без учета емкости схемы определяется по выражению (2.15), где вместо необходимо подставить, а при учете емкости схемы по выражению (2.16), где .
Приведенные выражения позволяют исследовать лишь первую стадию переходного процесса восстанавливающегося напряжения на контактах выключателя, за которой следует вторая стадия [5]. Вторая стадия переходного процесса является следствием волновых процессов в длинных линиях. Напряжение второй стадии переходного процесса рассматривается как волна, распространяющаяся от выключателя по линиям со скоростью света. Достигнув концов линии, волны отражаются с коэффициентом , равным единице при входном сопротивлении схемы , равном бесконечности (короткая линия разомкнута) или с коэффициентом, равным “минус” единице при входном сопротивлении схемы равным нулю.
Отраженные волны возвращаются к станции. Первую отраженную волну следует ожидать по короткой линии спустя время
, (2.20)
где — время пробега волны на длине , мкс;
— длина линии, км;
— скорость распространения света, км/с.
Отраженная волна, достигнув сборных шин, набегает на входное сопротивление , которое состоит из результирующего волнового сопротивления длинных линий и индуктивности станции , включенных параллельно. Данная волна частично отражается, частично проникает в сопротивление и изменяет ПВН на полюсе выключателя.
Отраженная волна, проникшая в сопротивление , равна по величине
, (2.21)
где — коэффициент проникновения отраженной волны;
— количество линий, не считая поврежденной.
Наибольшее изменение ПВН создается первой отраженной волной, которая накладывается на кривую ПВН первой стадии переходного процесса.
На рисунке 2.5 показан примерный вид кривых ПВН первой стадии переходного процесса при различных видах КЗ, а на рисунке 2.6 показан вид расчетной кривой ПВН с учетом второй стадии переходного процесса.

Рисунок 2.5-Кривые ПВН первой стадии переходного процесса при различных видах КЗ

Рисунок 2.6-Расчетная кривая ПВН с учетом второй стадии переходного процесса
Кривую 2а (рисунок 2.6) рассчитанную по выражению (2.21) необходимо сопоставить с нормированной характеристикой ПВН выключателя 1, намеченного к установке.
Если расчетная кривая ПВН 2а выходит за пределы нормированной характеристики необходимо произвести уточненный расчет второй стадии переходного процесса.

При уточненном расчете считают, что входное сопротивление

станции состоит из активного сопротивления и индуктивности , которые включены параллельно.
Волна, увеличивающая ПВН на полюсе выключателя, при уточненном расчете определяется с помощью кривой приведенной на рисунке 2.7. По оси абсцисс отложено отношение , а по оси ординат отношение
. (2.22)

Рисунок 2.7-Кривая для определения накладывающегося напряжения
Для определения кривой накладывающегося напряжения необходимо умножить ординаты вспомогательной кривой на ,
где — амплитуда среднего эксплуатационного фазного напряжения;
— число линий, не считая поврежденной.
Примерный вид уточненной кривой второй стадии переходного процесса приведен на рисунке 2.6, кривая 2б.
Выбор выключателей рекомендуется производить в виде таблицы 2.4.

2.2 Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей

Разъединитель, как коммутационный аппарат, предназначен для отключения и включения электрической цепи без тока и для создания видимого разрыва цепи между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.
Таблица 2.4 — Расчетные и каталожные данные выключателя