Задача 3

Для условий задачи 1 при наличии СР выбрать линейные рeакторы (ЛР) на отходящих кабельных линиях 10 кВ местной нагрузки.

Исходные данные для кабельной сети:

• число распределительных пунктов (РП) 16;

• категория потребителей I и II;

• все линии резервированы;

• длина линий от ГРУ 10 кВ до РП 2 км;

в линии проложены кабели с алюминиевыми жилами сечением

s =150 мм²;

максимальная нагрузка каждой подстанции P_mах.= 5000 кВт при

cos φ = 0,87, T_max.= 5600 ч;

минимальное сечение кабелей, отходящих от РП, составляет 70 мм² (алюминиевые жилы), на линиях установлены выключатели типа ВМП-10-20/630УЗ (I_{откл.ном.} = 20 кА);

начальное значение периодической составляющей начального тока КЗ на сборных шинах 10 кВ ТЭЦ (см. задачу 1) I_по = 64,01 кА;

полное время отключения тока КЗ выключателями, установленными на РП,

t_откл. = t_защ.1 + t_{в. откл.} = 0,6 с;

выключателями отходящих от ТЭЦ кабельных линий

t_откл. = t_защ.2 + t_{в. откл.} = t_защ.1 + Δt + t_{в. откл.} = 0,6 + 0,5 = 1,1 с.

Выбрать ЛР на отходящих от ТЭЦ кабельных линиях.

Чтобы обеспечить надежную работу кабельной сети в условиях КЗ на кабельных линиях, отходящих от ГРУ 10 кВ ТЭЦ, устанавливаются ЛР. Для этого необходимо выполнение условий:

1. Ток КЗ должен быть меньше номинального тока отключения выключателей кабельной сети, установленных на головном участке кабельных линий и у потребителей.

2. Ток КЗ должен быть меньше тока термической стойкости кабелей, отходящих от ГРУ 10 кВ ТЭЦ, и кабелей, отходящих от сборных шин РП потребителя.

Уровень токов КЗ на сборных шинах ГРУ 10 кВ ТЭЦ, сниженный за счет установки секционного реактора, определяет значение сопротивления линейных реакторов. Следовательно, установка СР облегчает условия КЗ для кабельной сети.

Решение

Установка ЛР должна снизить токи КЗ до уровня, который не пре-вышает:

номинальный ток отключения выключателя типа ВМП-10-20/630УЗ, установленного у потребителя и на головном участке кабельных линий

I_{откл.ном.} = 20 кА;

т ок термической стойкости кабеля сечением s = 70 мм²

I_тер.1 = 100 ∙ 70 / √ 0,6 + 0,01 = 8,96 кА.

Ввиду относительно большого значения активного сопротивления кабелей принято Т_а. = 0,01 с.

Т ок термической стойкости кабеля сечением s = 150 мм²

I_тер.2 = 100 ∙ 150 / √ 1,1 + 0,05 = 13,987 ≈ 14 кА,

где Т_a. = 0,05 с.

Из численного значения рассчитанных величин следует, что расчетным является условие термической стойкости кабеля сече­нием 70 мм².

Определим необходимое значение сопротивления реактора, для выполнения перечисленных условий.

Для кабеля сечением s = 150 мм²

X_кб. = 0,0879 ∙ 2 ∙ 100 / 10,5² = 0,159;

r_кб. = 0,206 ∙ 2 ∙ 100 / 10,5² = 0,374.

Чтобы ток КЗ не превышал ток I_тер1, должно быть выполнено условие:

Z_k ≥ E _эк. I_6. / I_тер.1 = 1,01 ∙ 5,5 / 8,96 = 0,62.

О тсюда необходимое сопротивление реактора

X _p. ≥ √ (Z_k² – R_k6² ) – X_c. – X_k6. = √0,62² – 0,374² – 0,102 – 0,159 = 0,25.

или в именованных единицах

X_p. ≥ 0,25 ∙ 10,5 /√3 ∙5,5 = 0,276 Oм.

С учетом взаимного резервирования секций номинальный ток группового реактора необходимо выбирать по утяжеленному режиму, когда одна из секций ГРУ 10 кВ обесточена. Исходя из графика нагрузки кабельной сети (см. рисунок 9.2)

I_{прод. расч.} = ∑ P_{p. n.} ∙k_oдн. / cos φ ∙ √3 ∙ U_ном. = 80 ∙0,83 / 0,87 ∙√3 ∙10 = 4,42 кА,

где к_одн. = 0,83 – коэффициент одновременности.

Можно было бы выбрать на каждую секцию ГРУ 10 кВ ТЭЦ по одному групповому сдвоенному реактору типа РБС 10-2x2500-0,35. Тогда на одно плечо каждого группового реактора пришлось бы по восемь присоединений, что противоречит требованиям надежности. Поэтому возьмем два сдвоенных групповых реактора типа РБС 10-2x1600-0,35. При этом нагрузка плеча реак-тора в нормальном режиме составляет:

I_{раб. max.} = 4420 / 8 = 552.5 А.

Потеря напряжения на реакторе при коэффициенте связи k_св. = 0,51.

ΔU = (1- k_св.) ∙ √3 ∙ X_p. ∙ I_раб.max. ∙ sin φ ∙ 100 / U_ном. =

= 0,49 ∙ 1,73 ∙ 0,35 ∙ 0,55 ∙ √25 ∙ 0,5 ∙ 100 / 10 = 0,8196 % , т. е.

ΔU = 0,8196 % ≤ ΔU_доп. = 2 %.

Рисунок 9.5 – Расчетная схема для выбора линейного реактора

Проверим целесообразность установки трех одинарных групповых реакторов типа РБ 10-1600-0,35 вместо двух сдвоенных групповых типа РБС 10-2x1600-0,35, которые даже в утяжеленном режиме работают с недогрузкой (I_{прод.расч.} = 4420 А < I_ном.р. = 2 ∙ 2 ∙ 1600 = 6400 А).

Оценим стоимость вариантов, используя укрупненные показатели стоимости ячеек (условно в ценах 1990 г.):

вариант с реакторами серии РБ:

3 ячейки ∙ 14∙10³ руб = 42 ∙10³ руб.,

вариант с реакторами серии РБС:

2 ячейки ∙ 18∙10³ руб = 36 ∙10³ руб.

Как видим, вариант со сдвоенными реакторами дешевле. Важным дополнительным достоинством сдвоенных реакторов являются меньшие потери напряжения: при одинарном групповом реакторе

ΔU = √3 ∙ 0,35 ∙ 737 ∙ 0,5 ∙ 10 / 10 ∙10³ = 2,23 %,

где I_{норм.расч.} = 4420 / 2∙ 3 = 737 А;

при сдвоенном групповом реакторе (см. выше) ∆U = 0,8196 %.

Вывод

Сдвоенные групповые реакторы имеют существенные преимущества перед одинарными групповыми как по значению потерь напряжения, так и суммарной стоимости установленных ячеек.