11. Выбор ограничителей перенапряжения

Ограничители перенапряжения ОПН представляют собой устройства защиты, которые быстро и эффективно подавляют броски напряжения в ЛЭП, вызванные грозовыми разрядами, коммутационными операциями в сетях и другими нестационарными процессами. При отсутствии ОПН такие броски могут повредить дорогостоящее оборудование высоковольтных сетей. Поэтому на проектируемой подстанции устанавливаем защитные ОПН.

Условие выбора ОПН:

U_ОПН ≥ U_уст.

1) ОПН на 500 кВ: U_ОПН ≥ 500 кВ;

2) ОПН на 220 кВ: U_ОПН ≥ 220 кВ;

3) ОПН на 10 кВ: U_ОПН ≥ 10 кВ.

Намечаем к установке ОПН-500/30320 11 УХЛ1

Таблица 23.

Характеристики ограничителей перенапряжения

Uном.сети, кВ	Uнаиб.раб., кВ	Uном.ОПН, кВ
10	12,7	15
220	165	204
500	303	410

12. Выбор токоведущих частей и изоляторов

Выбор сборных шин 500 кВ и токоведущих частей от сборных шин

до выводов трансформатора связи.

Выбор сборных шин 500 кВ.

Сборные шины по экономической плотности тока не выбираются, поэтому принимаем сечение по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах, равному току наиболее мощного присоединения – автотрансформатора:

I_max = 682 A; I_норм. = 341 A.

Намечаем к установке АС-400/51: I_доп. = 825 A; d = 27,5 мм; q = 400 мм²; фазы расположены горизонтально, расстояние между фазами 600 см.

1) Проверка сечения по допустимому току:

I_max ≤ I_доп.;

682 А < 825 А.

2) Проверка на термическое действие тока КЗ:

проверка не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

3) Проверка на электродинамическое действие тока КЗ:

проверка не производится, так как I_п.0 = 5,865 кА < 20 кА.

4) Проверка по условиям короны.

а) Начальная критическая напряженность:

,

где r₀ = d/2 =27,5/2 = 13,75 мм = 1,375 см, m – коэффициент, учитывающий шероховатости поверхности провода , m = 0,82.

б) Напряженность вокруг поверхности провода:

,

где U – линейное напряжение, U = U_ном·1,1 = 220·1,1 = 242 кВ, D_ср = 1,26·D, D – расстояние между соседними фазами.

в) Условие проверки:

1,07·Е ≤ 0,9·Е₀;

1,07·22,74 ≤ 0,9·31,18;

24,33 кВ/см < 28,06 кВ/см.

АС-400/51 проходит по условиям короны.

АС-400/51 выбираем в качестве сборной шины на 220 кВ.

Выбор токоведущих частей от сборных шин 220 кВ

до выводов автотрансформатора.

Токоведущие части от выводов 220 кВ автотрансформатора до сборных шин выполняем гибкими проводами. Сечение выбираем по экономической плотности тока J_э = 1,1 А/мм²:

.

Принимаем два провода в фазе АС-400/51: I_доп. = 825 A, d = 27,5 мм.

Проверяем провода по допустимому току:

I_max = 682 А ≤ I_доп. = 1650 А .

Проверку на термическое действие тока КЗ не производим, так как токоведущие части выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверку на коронирование не производим, так как выше было показано, что провод АС-400/51 не коронирует.

Выбор сборных шин 110 кВ и токоведущих частей от сборных шин

до выводов трансформатора связи.

Выбор сборных шин 110 кВ.

Сборные шины по экономической плотности тока не выбираются, поэтому принимаем сечение по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах, равному току наиболее мощного присоединения – автотрансформатора:

I_max = 714 A; I_норм. = 357 A.

Намечаем к установке АС-300/39: I_доп. = 710 A; d = 24 мм; q = 301 мм²; фазы расположены горизонтально, расстояние между фазами 300 см.

1) Проверка сечения по допустимому току:

I_max ≤ I_доп.;

714 А < 710 А.

2) Проверка на термическое действие тока КЗ:

проверка не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

3) Проверка на электродинамическое действие тока КЗ:

проверка не производится, так как I_п.0 = 6,54 кА < 20 кА.

4) Проверка по условиям короны.

а) Начальная критическая напряженность:

,

где r₀ = d/2 =24/2 = 12 мм = 1,2 см, m – коэффициент, учитывающий шероховатости поверхности провода , m = 0,82.

б) Напряженность вокруг поверхности провода:

,

где U – линейное напряжение, U = U_ном·1,1 = 110·1,1 = 121 кВ, D_ср = 1,26·D, D – расстояние между соседними фазами.

в) Условие проверки:

1,07·Е ≤ 0,9·Е₀;

1,07·14,3 ≤ 0,9·31,6;

15,3 кВ/см < 28,4 кВ/см.

АС-300/39 проходит по условиям короны.

АС-300/39 выбираем в качестве сборной шины на 110 кВ.

Выбор токоведущих частей от сборных шин 110 кВ

до выводов автотрансформатора.

Токоведущие части от выводов 110 кВ автотрансформатора до сборных шин выполняем гибкими проводами. Сечение выбираем по экономической плотности тока J_э = 1,1 А/мм²:

.

Принимаем два провода в фазе АС: I_доп. = 740 A, b×h=50×6 мм.

1)Проверяем провода по допустимому току:

I_max = 714 А ≤ I_доп. = 740 А .

2)Проверку на термическое действие тока КЗ не производим, так как токоведущие части выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

3) Проверка на электродинамическое действие тока КЗ:

проверка не производится, так как I_п.0 = 9,367 кА < 20 кА.

4)Проверку на коронирование не производим, так как выше было показано, что провод АС 50×6 не коронирует.

Выбор сборных шин 10 кВ и токоведущих частей от сборных шин

до выводов трансформатора связи.

Сборные шины по экономической плотности тока не выбираются, поэтому принимаем сечение по допустимому току:

I_max = 1212 A;

Намечаем к установке Жёсткую алюминиевую шину прямоугольного сечения АС: I_доп. =1320 A, b×h=80×8 мм, q=640 мм².

1) Проверка по допустимому току:

I_max = 1212 А ≤ I_доп. = 1320 А .

2) Проверка на термическую стойкость при КЗ:

q_min≤q

где С_Т= 77 А×с^1/2/мм²

150,5 мм² ≤640 мм²

3) Проверка на электродинамическую стойкость.

Поскольку мы не проектируем новую конструкцию РУ , то нам не надо проверять на электродинамическую стойкость.

4) Проверка сборных шин на механическую прочность.

Напряжение в материале шины, возникающие при воздействии изгибающего момента, МПа:

,

где принято l=2 м, а=0,8 м , i_уд=86940 А. W – момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действия усилия, см³:

Шины механически прочны , если:

= 84 МПа

Шины механически прочны.

Выбор изоляторов.

Опорный изолятор.

Условия выбора:

1) по номинальному напряжению:

U_уст≤U_ном

2) по допустимой нагрузке:

F_расч≤F_доп

где F_расч – сила , действующая на изолятор; F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора: F_доп = 0,6 F_разр, F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб.

где k_h - поправочный коэффициент на высоту шины,

, ,,

где -высота изолятора.

Намечаем к установке опорный изолятор ИО-10-20,00УЗ:

U_ном = 10 кВ, = 134 мм, F_разр. = 20 кН.

Проверяем выбранный изолятор:

1) U_уст. = 10 кВ = U_ном = 10 кВ;

2) ,

где .

.

F_расч. = 6,182 кН < F_доп = 12 кН.

Таким образом, изолятор ИО-10-20,00УЗ подошел.

ИО-10-20,00УЗ – изолятор опорный для использования в умеренном климате в закрытом помещении с естественной вентиляцией.

Проходной изолятор.

Условия выбора:

1) по номинальному напряжению:

U_уст. ≤ U_ном.;

2) по номинальному току:

I_мах. ≤ I_ном.;

3) по допустимой нагрузке:

F_расч. ≤ F_доп,

где F_доп = 0,6· F_разр, .

Намечаем к установке проходной изолятор ИП-10/5000-4250УХЛ:

U_ном = 10 кВ, I_ном = 5000 А , F_разр. = 4,25 кН.

Проверяем выбранный изолятор:

1) U_уст. = 10 кВ = U_ном = 10 кВ;

2) I_мах. = 3938 А ≤ I_ном = 5000 А;

3) ;

F_доп = 0,6· 4,25=2,55 кН;

F_расч. = 1,288 кН ≤ F_доп = 2,55 кН.

Таким образом, изолятор ИП-10/5000-4250УХЛ подошел.

ИП-10/5000-4250УХЛ – изолятор проходной для использования в холодном климате.

Выбор токоведущих частей от сборных шин

до выводов трансформатора связи.

Выбираем алюминиевые шины коробчатого сечения, такие же, как для сборных шин. Проверку сечения по допустимому току, проверку сборных шин на термическую стойкость при КЗ, проверку шин на электродинамическую стойкость произвели выше.

Проверку шин на механическую прочность.

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз:

,

где l – длина пролета между изоляторами шинной конструкции, l = 1 м; i_уд. = 77,13 кА = 77130 А; а – расстояние между фазами шин, а = 0,6 м; W – момент сопротивления шины, W = 4,02 см³.

Сила взаимодействия между швеллерами, составляющими шину коробчатого профиля:

.

Напряжение в материале шин от действия силы взаимодействия:

,

где l_П – расстояние между прокладками, l_П = 0,5 м.

Шины механически прочны, если σ_мах = σ_ф + σ_п ≤ σ_доп, где σ_доп – допустимое механическое напряжение в материале шин. σ_доп = 84 МПа.

σ_мах = 21,36+12,33 = 33,69 МПа ≤ σ_доп = 84 МПа.

Шины механически прочны.

Выбор изоляторов.

Опорный изолятор.

Условия выбора:

1) по номинальному напряжению:

U_уст. ≤ U_ном.;

2) по допустимой нагрузке:

F_расч. ≤ F_доп,

где F_доп = 0,6· F_разр..

,

, ,.

Намечаем к установке опорный изолятор И16-80 УХЛЗ:

U_ном = 10 кВ, = 130 мм, F_разр. = 16 кН.

Проверяем выбранный изолятор:

1) U_уст. = 10 кВ = U_ном = 10 кВ;

2) ,

где .

.

F_расч. = 8,387 кН < F_доп = 9,6 кН.

Таким образом, изолятор И16-80 УХЛЗ подошел.

И16-80 УХЛЗ – изолятор опорный для использования в холодном климате в закрытом помещении с естественной вентиляцией.

Проходной изолятор.

Условия выбора:

1) по номинальному напряжению:

U_уст. ≤ U_ном.;

2) по номинальному току:

I_мах. ≤ I_ном.;

3) по допустимой нагрузке:

F_расч. ≤ F_доп,

где F_доп = 0,6· F_разр, .

Намечаем к установке проходной изолятор ИП-10/5000-4250УХЛ:

U_ном = 10 кВ, I_ном = 5000 А , F_разр. = 4,25 кН.

Проверяем выбранный изолятор:

1) U_уст. = 10 кВ = U_ном = 10 кВ;

2) I_мах. = 3938 А ≤ I_ном = 5000 А;

3) ;

F_доп = 0,6· 4,25=2,55 кН;

F_расч. = 1,717 кН ≤ F_доп = 2,55 кН.

Таким образом, изолятор ИП-10/5000-4250УХЛ подошел.

ИП-10/5000-4250УХЛ – изолятор проходной для использования в холодном климате.