Выбор автоматических выключателей для защиты сельских электрических сетей 0,4 кВ с учетом допустимого времени отключения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Литература

1. Косоухов, Ф.Д. Несимметрия напряжений и токов в сельских распределительных сетях / Ф.Д. Косоухов, И.В. Наумов. - Иркутск: Изд-во ИрГСХА, 2003. - 257 с.

2. Дьяконов, В.П. МА^АВ 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5. Основы применения / В.П. Дьяконов. - М.: СОЛОН-Пресс, 2004. - 768 с.

УДК 662.9 И.О. Егорушкин, Л.П. Костюченко

ВЫБОР АВТОМАТИЧЕСКИХ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ ДЛЯ ЗАЩИТЫ СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 0,4 кВ С УЧЕТОМ ДОПУСТИМОГО ВРЕМЕНИ ОТКЛЮЧЕНИЯ

В статье разработана методика взаимного учета времятоковых характеристик автоматических выключателей, влияющих на величину тока короткого замыкания, и учета теплового спада тока короткого замыкания за время срабатывания автоматического выключателя.

7-е издание ПУЭ [1] содержит новые требования, которые напрямую касаются выбора аппаратов защиты и параметров сельских электрических сетей. Речь идет о максимально допустимом времени автоматического отключения повреждения. Это время, согласно таблице 1.7.1 ПУЭ, зависит от величины напряжения и при рассматриваемом напряжении не должно превышать 0,4 с. Допускается в цепях, питающих распределительные и групповые щиты, увеличивать указанное время до 5 с. Требование о времени автоматического отключения питания не более 5 с в системе ТN распространяется и на линии питания от трансформаторной подстанции (ТП) до вводного устройства.

До введения этого критерия проверка защитной аппаратуры, устанавливаемой на трансформаторных подстанциях сельских распределительных сетей, на способность отключения однофазного тока короткого замыкания проводилась только по чувствительности защиты (значение тока однофазного короткого замыкания должно быть не менее чем в 3 раза больше номинальных токов тепловых расцепителей автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей в РУ-0,4 кВ). Такая проверка устанавливала степень надежности отключения повреждений, но не гарантировала быстрого их отключения. Эта проверка из новой редакции ПУЭ исключена. В соответствии с ПУЭ седьмого издания требуется обеспечение нормированного значения времени срабатывания защитного аппарата. Значение тока однофазного короткого замыкания не нормируется, однако ток должен быть достаточным для обеспечения требуемого времени срабатывания

На современных серийно выпускаемых подстанциях 10/0,4 кВ сельских электрических сетей в соответствии с [2] чаще всего применяются автоматические выключатели типов ВА57-35; Е-2046; А-3716.

На рисунке 1 приведены времятоковые характеристики автоматического выключателя ВА57-35, выпускаемого Дивногорским заводом низковольтной аппаратуры [3]. Как показывает анализ времятоковых характеристик автоматических выключателей с комбинированными расцепителями, время отключения 5 с обеспечивается при кратности тока короткого замыкания не менее 6 по отношению к уставке теплового рас-цепителя. Это либо ограничивает область применения указанных аппаратов, либо требует принятия мер к увеличению тока однофазного короткого замыкания (увеличения сечения проводов, применение трансформаторов со схемой соединения «звезда - зигзаг», вместо «звезда - звезда с нулем»).

Как показано в [4], при выборе защитных аппаратов сельских электрических сетей необходим учет теплового спада тока короткого замыкания при проверке автоматических выключателей на чувствительность срабатывания. Еще более этот учет необходим при введении указанного выше требования ПУЭ. Это объясняется тем, что при коротком замыкании сопротивление проводников увеличивается за счет нагрева током

короткого замыкания, что в свою очередь приводит к уменьшению величины тока короткого замыкания и как следствие увеличению времени срабатывания автоматического выключателя.

t, s

10000,00

1000,00

100,00

10,00

0,01

1,00

0,10

ІПІ=ІІТ

1 - зона работы теплового

максимального расцепителя тока, снятая с холодного состояния

2 - зона работы теплового

максимального расцепителя тока, снятая с нагретого состояния |т-уставка электромагнитного расцепителя

Im ma>

1 3 5 10 100

1/1 п

I/In - кратность тока нагрузки к номинальному току теплового расцепителя Im - уставка электромагнитного расцепителя тока короткого замыкания

її 5

10000,00'

1000,00.

100,00

10,00

1,00

0,10

0,01

1 - зона работы теплового

максимального расцепителя тока, снятая с холодного состояния ' 2 - зона работы теплового

максимально! о расцепителя тока, снятая с нагретого состояния :|1т-уставка электромагнитного расцепителя______________________

І/ІП - кратность тока нагрузки к номинальному току теплового расцепителя Іт - уставка электромагнитного расцепителя тока короткого замыкания

Рис. 1. Времятоковые характеристики выключателя ВА57-35

Рис. 2. Изменение тока короткого замыкания в зависимости от удаленности точки короткого замыкания при расчете (мощность 400 кВА; сечение 50 мм2): 1 - с учетом теплового спада при Ї = 10 с;

2 - с учетом теплового спада при і = 5 с; 3 - без учета теплового спада тока к. з.

Для вычисления тока однофазного к.з. в воздушных линиях электропередачи в [4] выведена следую-

щая формула:

/=---------------, U . (

V3(ZW 3 + -J4(ад + ?/2 ))2 + (х„, • l)2 1)

Здесь U - номинальное напряжение сети, В; l - расстояние от КТП до места к.з., км; 1т - сопротивление трансформатора (берется из табл. 1.3, приведенной в [5]); хоп = 0,6 - индуктивное сопротивление петли "фазный - нулевой провод линии", Ом/км; q - коэффициент увеличения активного сопротивления проводника, равный для алюминиевых проводов 56,6xt/P, где F - сечение провода, мм2; величина тока к.з. I выражается в амперах; Ro - активное сопротивление провода при начальной температуре, Ом.

Время отключения автоматических выключателей при кратности тока короткого замыкания, определенного с учетом теплового спада, изменяется для разных типов автоматических выключателей с комбинированными расцепителями от 16 до 100 с, что совершенно не допустимо.

На рисунке 2 приведены результаты расчета токов короткого замыкания с учетом теплового спада тока по методике, изложенной в [2], при времени отключения 5 с. Как видно из рисунка, неучет нагрева проводников может привести к погрешностям при расчете токов короткого замыкания в зависимости от места короткого замыкания до 10% и, как следствие, к ошибкам при выборе защитных аппаратов.

Требование ПУЭ по обеспечению быстродействия отключения повреждений, связанных с воздействием на человека или животных, должно обеспечиваться соответствующим выбором защитных аппаратов на отходящих линиях. Данное требование для сельских электрических сетей может быть обеспечено:

1. Установкой на отходящих линиях автоматических выключателей с полупроводниковыми расцепи-телями. Как показывает анализ времятоковых характеристик автоматических выключателей с полупроводниковыми расцепителями, они имеют значительно лучшие характеристики, меньший разброс и не зависят от температуры.

2. Установкой на отходящих линиях автоматических выключателей с независимыми расцепителями, получающими питание через контакты токовых реле, включенных в нулевой провод.

3. Применением защитного устройства ЗТИ-0,4, имеющего время срабатывания не менее требуемого ПУЭ.

Важнейшим показателем качества автоматических выключателей является тепловой импульс (интеграл Джоуля), определяющий количество энергии, которую пропускает через себя автоматический выключатель до момента отключения тока короткого замыкания.

Предположив постоянной величину указанного теплового импульса для автоматического выключателя соответствующей конструкции, нами были аппроксимированы характеристики срабатывания выключателей, наиболее часто применяемых в системах сельского электроснабжения. Аппроксимация характеристик необходима для расчета тока короткого замыкания с учетом теплового спада за время срабатывания автоматического выключателя и одновременного подбора необходимого типа выключателя.

В качестве примера на рисунке 3 представлены зависимости времени отключения к.з. t от расстояния до места к.з. l при условии, что время t рассчитывается из известного соотношения I2t = const, которым характеризуется каждый выключатель.

Расчеты были выполнены для выключателя типа ВА57-35. Мощность трансформатора принята равной 400 кВ'А, сечение провода отходящей линии - 50 мм2. Для выключателя указанного типа соотношение

I2t = const найдено в виде

2 Г400/н2, /н = 63 А, 1н = 80 А,

(/ — / )21 = S н н (2)

н |300/н2, /н = 160А, /н = 200А, /н = 250А.

н

Здесь 1н - номинальный ток теплового расцепителя.

Постоянный коэффициент перед 1н2, стоящий в правой части (2), может быть получен следующим образом. Он равен ординате точки пересечения линии 1/1н = 2 и кривой, соответствующей времятоковой характеристике выбранного выключателя, взятой для его холодного состояния (рассматривается наихудший случай с точки зрения времени срабатывания).

Время I можно выразить из (2) и подставить в (1). В результате получается некоторая зависимость времени Iот расстояния I, которая для различных значений 1н представлена на рисунке 3.

О 30 60 90 120 150 180 210 240 270

L, М

Рис. 3. Зависимости времени отключения к.з. автоматического выключателя ВА57-35 от расстояния до места возникновения к.з. при номинальных токах: 250 А (кривые 1, 2); 200 А (кривые 3,4);

160 А (кривые 5, 6); 100 А (кривые 1, 8); 80 А (кривые 9, 10); 63 А (кривые 11, 12); 50 А (кривые 13, 14);

------- с учетом теплового спада;

-------без учета теплового спада

Из рисунке 3 следует, например, что при номинальном токе 250 А выключатель ВА57-35 срабатывает за время, превышающее 5 с, и поэтому в условиях приводимого примера не может быть применен.

Кроме того, из рисунка 3 видно, что при номинальном токе 100 А и расстоянии 110 м время срабатывания теплового расцепителя составит: менее 5 с без учета теплового спада тока к.з. и примерно 6 с - с учетом теплового спада (то есть учет теплового спада показывает, что данный выключатель не может быть использован при номинальном токе 100 А на расстоянии, большем или равном 110 м, в то время как неучет теплового спада показывает допустимость применения выключателя ВА57-35 при прочих равных условиях).

Аналогичные зависимости были найдены для автоматических выключателей типа ВА57-31 и ВА57-39.

С помощью табличного процессора MS EXCEL была разработана программа, позволяющая выбрать автоматический выключатель (на базе трех - ВА57-31, ВА57-35 и ВА57-39) в зависимости от расстояния до места к.з., различных значений мощности питающего трансформатора, сечения провода, значения номинального тока теплового расцепителя автоматического выключателя при условии, что последний, находясь в холодном состоянии, отключит к.з. за время, не превышающее 5 с при токе, рассчитанном как с учетом теплового спада, так и без него.

В таблице 1 приведены результаты вычисления по этой программе, выполненные для условияй приведенного выше примера, без учета теплового спада тока к.з.

Таблица 1

Результаты выбора автоматических выключателей без учета теплового спада__________________

Расстояние, м Номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя, А

16 20 25 50 63 80 160 200 250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

25 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35

50 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - -

75 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - -

100 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - -

125 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - -

150 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - -

ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

175 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - -

200 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - -

225 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - -

250 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

275 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

300 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

325 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

350 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

375 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

400 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

425 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

В таблице 2 приведены результаты вычисления по этой программе, выполненные для условий приведенного выше примера, с учетом теплового спада тока к.з.

Таблица 2

Результаты выбора автоматических выключателей с учетом теплового спада

Расстояние, м Номинальный ток теплового расцепителя автоматического выключателя, А

16 20 25 50 63 80 160 200 250

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35

25 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 -

Окончание табл. 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

50 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - -

100 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - -

125 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - -

150 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - -

175 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - -

200 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - -

225 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - -

250 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

275 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

300 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

325 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

350 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

375 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

400 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

425 ВА57-31 ВА57-31 ВА57-31 - - - - - -

ВА57-35 ВА57-35 ВА57-35 - - - - - -

Сравнивая данные таблиц 1 и 2, можно заключить, что учет теплового спада позволяет выбрать автоматический выключатель более точно с точки зрения требуемого ПУЭ времени срабатывания. Например, при расстоянии, большем либо равном 325 м и номинальном токе 50 А, выключатель типа ВА57-31 может быть применен, а из таблицы 2 следует обратное.

Выводы

1. Для учета теплового спада тока к.з. в зависимости от времени срабатывания автоматических выключателей предложена математическая модель времятоковых характеристик выключателей.

2. Разработана методика выбора автоматических выключателей с учетом их времятоковых характеристик и теплового спада тока короткого замыкания для сельских электрических сетей.

Литература

1. Правила устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 7-й вып. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007. - 854 с.

2. Электротехнический справочник: в 4-х т. Т. 3. Производство, передача и распределение электрической энергии / под общ. ред. проф. МЭИ В.Г. Герасимова [и др.]; гл. ред. А.И. Попов. - 8-е изд., испр. и доп. -М.: Изд-во МЭИ, 2002. - 964 с.

3. Автоматические выключатели. Номенклатурный каталог / ОАО «Дивногорский завод низковольтных автоматов ДЗНВА 1». - Дивногорск, 2005. - 153 с.

4. Егорушкин, И.О. Учет теплового спада тока короткого замыкания при проектировании сельских электрических сетей / И.О. Егорушкин, Л.П. Костюченко // Аграрная наука на рубеже веков: мат-лы регион. на-уч.-практ. конф. Ч.2 / Краснояр. гос. аграр. ун-т. - Красноярск, 2007. - 372 с.

5. Будзко, И.А. Электроснабжение сельского хозяйства / И.А. Будзко, Т.Б. Лещинская, В.И. Сукманов. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

УДК 633.2/.3(271.51) О.Г. Толмашова

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРЕДПОСЕВНОЙ ОБРАБОТКИ СЕМЯН ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОЛЕМ СВЕРХВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

В статье предлагается методика технико-экономического обоснования выбора варианта технологии. На основании проведенных расчетов делается вывод о биологической и экономической эффективности технологии предпосевной обработки в электромагнитном поле сверхвысокой частоты, рассчитывается величина экономического эффекта.

Важнейшим преимуществом процесса обработки семян в электромагнитном поле сверхвысокой частоты (далее ЭМПСВЧ) является эффект влияния электромагнитного поля на посевные качества семян, а следовательно, и на урожайность [1]. Проведенные исследования показали, что в результате воздействия ЭМПСВЧ урожайность семян пайзы в среднем превысила контроль на 75-85% (табл. 1).

Из литературных источников [2, 3] известно, что предпосевная обработка семян зерновых культур протравителями и прогрев их перед посевом активным вентилированием позволяют повысить урожайность на 15-20%.

Однако, несмотря на высокий урожай, необходимо чтобы предложенная технология предпосевной обработки семян являлась также и экономически эффективной.

Реализация на практике вышеприведенных научных разработок требует оценки экономической эффективности применения предложенной технологии предпосевной обработки семян пайзы. Экономическая эффективность выражается в превышении стоимости результатов над стоимостью совокупных затрат за весь срок их осуществления.

К затратам необходимо отнести стоимость технологического и силового оборудования, сырья, материалов, энергетических ресурсов, рабочей силы и др. К основным результатам производства относится выручка от реализации продукции определенной номенклатуры, объема и качества, прибыль, валовой доход и др.

Для обеспечения одинакового производственного эффекта необходимо рассмотреть вариант обработки семян традиционным способом (протравитель + воздушно-тепловой обогрев). Кроме того, так как семена пайзы мало подвержены заражению микроорганизмами, предлагается рассмотреть вариант, не предполагающий обработку семян.

Для оценки экономической эффективности предлагаемой технологии необходимо:

определить все альтернативные варианты технологии обработки семян, которые могут быть реализованы на практике;

определить абсолютные оценки доходности по каждому варианту и отобрать те, которые представляют интерес (экономический, экологический и т.п.);

оставшиеся варианты подвергнуть абсолютно-сравнительной оценке по системе различных критериев;

установить наиболее приоритетный критерий и по нему выбирается оптимальный вариант для конкретных условий [4].

Оценка экономической эффективности вариантов технологий обработки семян может производится как с использованием традиционных (простейших) критериев экономической эффективности - срока окупаемости дополнительных капитальный вложений, приведенных затрат, так и по системе международных показателей:

показателю внутренней нормы доходности;