Способ выбора и проверки кабелей на защищенность от коротких замыканий и уставок защит на чувствительность по номограммам

 

Способ применяется при эксплуатации и проектировании сети переменного тока, присоединенной к энергосистеме, преимущественно в сетях собственных нужд напряжением до 1 кВ атомных и тепловых электростанций, где имеют место пожары при коротком замыкании в кабельном хозяйстве. Этот способ выполняется путем сравнения выбираемых или проверяемых кабелей (параметры: марка сечение, длина) и уставок защит с контрольными на номограммах, приведенных в виде предельно допустимых длин, при которых соответствующая уставка защиты чувствительна к коротким замыканиям. Изобретение позволяет получить точные результаты при многократном снижении трудозатрат и вероятности ошибок.

Заявляемое изобретение относится к электроснабжению, в частности к использованию при эксплуатации и проектировании защит и кабелей сети переменного тока, присоединенной к энергосистеме; преимущественно к сетям собственных нужд напряжением до 1 кВ атомных и тепловых электростанций, где имеют место пожары при коротком замыкании (КЗ) в кабельном хозяйстве.

В настоящее время используется способ выбора и проверки кабелей на защищенность от коротких замыканий и уставок защит на чувствительность к токам короткого замыкания путем расчетов на персональных ЭВМ или вручную.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что в известном способе производятся расчеты для каждого проверяемого (выбираемого) кабеля и соответствующей уставки защиты в нескольких вариантах применения (следует иметь в виду, что в схеме собственных нужд электростанции количество кабелей и защит составляет несколько тысяч). Эти расчеты сопровождаются следующими недостатками: 1) многочисленность операций и многозначность результатов создают возможность совершения ошибок; 2) большие трудозатраты приводят к незавершенности работ при проверке действующих кабелей и защит (что имеет место на практике); 3) отсутствие обзорности результатов различных вариантов сочетаний кабелей и защит создает трудности анализа состояния кабельного хозяйства в вопросах защищенности от КЗ.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является способ выбора и проверки кабелей на защищенность от коротких замыканий и установок защит на чувствительность по номограммам путем сравнения параметров кабелей и уставок защит с контрольными на номограммах, приведенными в виде предельных длин кабелей и соответствующих уставок защит.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что номограммы имеют приближенные значения предельных длин кабелей, т. к. рассчитаны приближенным методом - путем пересечения графиков, дающих погрешность более допустимой; поэтому этим способом пользуются только для приближенной оценки, и этот способ не используют для выбора и проверки кабелей и уставок защит на электростанциях и др. объектах.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Целью предложенного способа является повышение надежности работы электроустановок и предотвращение пожаров в кабельных сооружениях при отключении коротких замыканий чувствительными защитами за счет применения уточненных номограмм для проверок и выбора уставок защит и кабелей на защищенность от коротких замыканий.

Технические результаты при осуществлении изобретения.

Использование уточненных номограмм, готовых и выверенных, не требует подготовительных работ и расчетов (в сравнении с действующим способом), это снижает многократно вероятность ошибок и трудозатраты и позволит провести и завершить рекомендуемые циркулярами проверки (следует иметь в виду, что на электростанции количество кабелей и защит составляет несколько тысяч и при существующем способе проверки многократно труднее охватить этот объем). Уточненные номограммы приводят предельно-допустимые величины, это исключает промежуточные варианты (имеющие место при действующем способе путем расчетов по каждому кабелю и защите) и делает объем номограмм обзорным, удобным для оперативного анализа, проверки, выбора.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе выбор и проверка кабелей на защищенность от коротких замыканий и уставок защит на чувствительность по номограммам производятся путем сравнения выбираемых или проверяемых кабелей (марка, сечение, длина) и уставок защит с контрольными на номограммах, приведенными в виде предельных длин кабелей, при которых соответствующая уставка защиты чувствительна к токам короткого замыкания; сопоставимый анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что дает точные результаты, т.к. используют уточненные номограммы, что позволяет заявленный способ применять не для приближенного анализа (как известный способ - прототип), а для проверок и выбора кабелей и защит собственных нужд электростанций (АЭС и ТЭС) и др. объектов за счет выполнения уточненных номограмм в соответствии с требованиями нормативов [1, 2, 3] по формулам, которые возможно рассчитать используя величины сопротивлений короткозамкнутой цепи, определенные для каждой уставки защиты.

Тем самым доказывается существенность признаков изобретения.

Сопоставимый анализ с прототипом и анализ уровня техники показывают, что заявляемый способ отличается тем, что по новому подходит к способу выбора и проверки кабелей на защищенность от коротких замыканий и уставок защит на чувствительность, а именно - не путем расчетов по каждому кабелю и уставке, как существующий способ, а путем применения готовых уточненных номограмм.

Уточненные номограммы выполнены не приближенными расчетами, как номограммы прототипа, а в соответствии с требованиями нормативов [1,2,3], что дает точные результаты и позволяет использовать заявляемый способ не для приближенного анализа, как способ прототипа, а для проверов и выбора при эксплуатации и проектировании.

Таким образом, заявляемый способ по уточненным номограммам соответствует критерию "новизна".

Результаты поиска показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку изобретение основано на расчетах, обобщении и унифицировании расчетов, что стало возможным при новом использовании свойств сопротивления короткозамкнутой цепи предельно допустимой величины по условию чувствительности. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата.

Предлагаемый способ выбора и проверки кабелей на защищенность от коротких замыканий и уставок защит на чувствительность по номограммам осуществляется следующим образом: 1. номограммы (уточненные) изготавливают и применяют по вариантам: а) схема электроснабжения (исходные данные - трансформатор собственных нужд, шинопровод): б) назначение кабеля: - кабель групповой линии питания сборок тира ПР, РТЗО, - кабель электродвигателя, присоединенного к секции 0,4 кВ, к силовой сборке, к сборке РТЗО, 2. проложенные кабели (марка, сечение, длина) и уставки защит на электростанциях сравнивают с контрольными параметрами на номограммах, уточненных при определенном виде КЗ (двухфазном, однофазном, с электрической дугой и без), если длина кабеля меньше предельно допустимой величины, то защита чувствительна к токам короткого замыкания,
3. при проектировании по уточненным номограммам выбирают оптимальные варианты кабеля, защищенного от КЗ, и соответствующую уставку защиты.

Уточненные номограммы изготавливают следующим образом. Рассчитывают предельно допустимые длины кабелей l(м) (метры) по формуле
l(м) = f(Z_{пред.доп.},η_Σ,X_Σ,η_уд.,X_уд.),
где Z_{пред.доп.} - сопротивление короткозамкнутой цепи предельно допустимой величины по условию и чувствительности защиты;
η_Σ, X_Σ - суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой и нулевой последовательности цепи до анализируемого кабеля, которые рассчитывают по формулам [2];
η_уд., X_уд. - удельные активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательности анализируемого кабеля;
Z_{пред.доп.} рассчитывают по формуле

где U_ср.нн - среднее номинальное напряжение сети;
I_уст - ток уставки защиты;
K - коэффициент, учитывающий вид КЗ и коэффициент чувствительности защиты.

Определение сопротивления предельно допустимой величины (по условию чувствительности защиты) позволяет рассчитать сопротивление электрической дуги по формулам 40, 42 [2].

Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении и при использовании заявленного способа следующее:
- заявленный способ предназначен для использования в промышленности, а именно на электростанциях (АЭС, ТЭС) при эксплуатации кабелей и защит сети собственных нужд, при проектировании сети собственных нужд;
- для заявленного способа подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных методов;
- уточненные номограммы опробированы автором изобретения на Ленинградской АЭС (без раскрытия изобретательской сущности); получены и оформлены положительные отзывы и рекомендации применения уточненных номограмм на электростанциях и других объектах от специалистов Ленинградской АЭС и проектной организации "ВНИПИЭТ".

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

Способ выбора и проверки кабелей на защищенность от коротких замыканий и уставок защит на чувствительность при эксплуатации и проектировании кабелей и защит собственных нужд электростанций и других объектов по номограммам путем сравнения выбираемых или проверяемых кабелей (марка, сечение, длина) и уставок защит с контрольными, приведенными на номограммах в виде предельных длин кабелей, при которых соответствующая уставка защиты чувствительна к токам короткого замыкания, отличающийся тем, что уточненные номограммы изготавливают путем определения для каждой уставки защиты сопротивления короткозамкнутой цепи, которое является предельно допустимой величиной по условию чувствительности защиты к коротким замыканиям, что позволяет использовать сопротивление при расчетах предельно допустимых длин кабелей любой схемы электроснабжения с учетом и без электрической дуги по формуле
l(м) = f(Z_{пред.доп.},η_Σ,X_Σ,η_уд.,X_уд.),
где l(м) - предельно допустимая длина кабеля по условию чувствительности защиты;
Z_{пред.доп.} - сопротивление короткозамкнутой цепи предельно допустимой величины по условию чувствительности защиты;
η_Σ, X_Σ - суммарные активное и индуктивное сопротивления прямой и нулевой последовательности цепи до анализируемого кабеля;
η_уд., X_уд. - удельные активные и индуктивные сопротивления прямой и нулевой последовательности анализируемого кабеля;
Z_{пред.доп.} рассчитывают по формуле

где U_ср.н.н. - среднее номинальное напряжение сети;
I_уст. - ток уставки защиты,
K - коэффициент, учитывающий вид КЗ и коэффициент чувствительности защиты.