8 Выбор высоковольтного оборудования

Цель работы: Научиться правильно, производить выбор высоковольтного оборудования и производить проверку его на действии токов короткого замыкания.

8.1 Теоретическое обоснование

В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов и токоведущих элементов обеспечивается соответствием выбираемых параметров устройств по условиям электродинамической и термической устойчивости.

При коротких замыканиях в результате возникновения наибольшего ударного тока К.З. в шинах и других конструкциях распределительных устройств возникают электродинамические усилия, которые создают изгибающий момент, от чего возникают механические напряжения в металле, которые вызывают деформации, разрушения.

Токоведущие части, в том числе и кабели, при коротких замыканиях могут нагреваться до температуры значительно большей, чем при нормальном режиме. Чтобы токоведущие части были термически устойчивы к токам К.З., величина расчетной температуры должна быть ниже температуры допустимой для данного материала.

8.2 Условия выбора аппаратов и параметров токоведущих

устройств по условиям длительной работы

8.2.1 По номинальному напряжению

U_н.а≥U_н.у,

где U_н.у – номинальное напряжение установки, кВ

U_н.а – номинальное напряжение аппарата, кВ

Для электрических аппаратов, кабелей, изоляторов в условии эксплуатации допускается некоторое повышение напряжения.

Допустимые отклонения напряжения относительно номинального напряжения U_н.а:

Кабели…1,1 Изоляторы…1,15 Выключатели…1,15

Разрядники…1,25 Разъединители…1,15 Реакторы…1,1

Трансформаторы Предохранители…1,1

тока…1,1

8.2.2. По номинальному току

_. I_н.а≥ I_норм

I_н.а≥ I_max

Правильный выбор аппаратов по номинальному току обеспечивает отсутствие опасных нагревов частей аппарата при длительной работе в нормальном режиме.

Для этого необходимо, чтобы максимальный рабочий ток цепи I_р.м за время t 3T не превышал номинального тока аппарата I_н.а

8.3 Условия проверки электрических аппаратов и токоведущих

устройств на действие тока К.З.

8.3.1. На электродинамическую устойчивость.

Электродинамические усилия в токоведущих частях выключателей, разъединителей и других аппаратов трудно поддаются расчету, поэтому заводы изготовители указывают сквозной предельный ток КЗ (амплитудное значение) i_пр.СКВ (i_дин), который не должен быть меньше найденного в расчете ударного тока при трехфазном К.З.

Проверка аппаратов по электродинамической стойкости производится по условию:

i_пр.скв(i_дип)  i_y

8.3.2 На термическое действие токов КЗ.

Термическую стойкость токоведущих частей проверяют определением минимального допустимого сечения по условию допустимого нагрева при К.З.

,

где В_k=I_п,о²(t_отк+T_a) – тепловой импульс тока К.З., кА²∙с

T_a – постоянная затухания апериодической составляющей;

t­_отк=t_з+t_в – время отключения короткого замыкания, с;

t_з – время действия основной защиты, с;

t_в­ – полное время отключения выключателя, с;

С_т – коэффициент, зависящий от допустимой температуры при К.З. и материала проводника.

Выбираемые шина или кабель термически стойки, если их сечение больше F_min.

Проверка аппаратов на термическую стойкость производится по току термической стойкости I_тер, заданному заводом-изготовителем, и расчетному времени термической стойкости t_тер. Аппарат термически стоек, если:

I_тер²t_тер≥ В_k

8.3.3. На отключающую способность

На отключающую способность проверяют аппараты, которые предназначены для коммутации не только токов нагрузки, но и токов короткого замыкания.

Аппарат проходит по отключающей способности, если:

I_{отк,ном}≥ I_п.о

Задача: Выбрать высоковольтный выключатель на стороне 10кВ ГПП, сечение кабеля для подключения двух трансформаторной подстанции 2КТП-630 с коэффициентом загрузки β=0,7, выключатель нагрузки на стороне ВН ТП и предохранитель для защиты трансформатора, если Т_м=5500ч, ток К.З. на шинах ГПП I_п.о1=9,5кА; i_y1=18,3кА; t₃=1,2с; t_в=0,12с; токи К.З. на стороне ВН ТП I_п,02=8,9кА; i_y2=17,8кА; t_п=+20⁰С, расстояние между кабелями 100мм.

Решение: 1) Токи продолжительного режима.

2) Экономическое сечение кабеля

F_э=I_норм/j_э=25,5/1,2=21,2мм²

Принимаем кабель ААБ (3х25)мм² с I_доп=90А

Поправочный коэффициент на температуру почвы

К_п1=0,94 и на число кабелей К_п2=0,9

I_доп'=К_п1·К_п2·I_доп=0,94·0,9·90=76,14А, что больше I_max=50,98А; следовательно, кабель по длительному нагреву проходит.

3) Тепловой импульс тока К.З.

В_k2=I_п,о²(t_отк+T_a)=8,9²·(1,2+0,12 +0,01) =105,35кА² ∙с,

где Т_а=0,01с [таблица 25]

4) Минимальное сечение по термической стойкости

,что больше выбранного ранее сечения,

поэтому следует увеличить сечение до 150мм²

Таблица 8.1 Сравнение данных высоковольтных аппаратов.

Расчетные данные	Каталожные данные
	Выключатель BB/TEL-10-630	Выключатель нагрузки ВНПу-10-400	Предохранитель ПКТ101-10-60
1) Uуст=10кВ	Uном=10кВ	Uном=10кВ	Uном=10кВ
2) Imax=50,98А	Iном=630А	Iном=400А	Iном=60А
3) Iп,01=9,5кА Iп,01=8,9кА	Iном.отк=20кА	-	Iном.отк=20кА
4)Вk1=Iп,012(tоткл+Ta)= =9,52·1,33=120кА2·с Вk2=105,35кА2·с	Iтер2·tтер=162·3= =768кА2·с	Iтер2·tтер=102·3= =300кА2·с
5) iy1=18,3кА iy2=17,8кА	iдин=51кА	iдин=25кА

5) Выбираем вакуумный выключатель типа ВВ/TEL-10-20/630y2; выключатель нагрузки ВНПу-10/400-10зПУЗ; предохранитель ПКТ101-10-60-20у1

Задачи для самостоятельного решения.

Задание: выбрать высоковольтный выключатель на РП, сечение кабеля для

подключения КТП с коэффициентом загрузки β , выключатель нагрузки и предохранитель на стороне ВН КТП.

Таблица 8.1. Исходные данные для практической работы 8.

Ва-риант	Uуст, кВ	Тип КТП	β	Tм, ч/год	Iп,01, кА	iy1, кА	Iп,02, кА	iy2, кА	t3, с	tв, с	τп, 0С
1	10	2КТПх1000	0,75	4000	8,9	13,9	7,2	11,2	1,5	0,15	+15
2	6	2КТПх400	0,69	3500	7,3	11,4	6,7	10,4	1,0	0,015	+20
3	10	КТПх630	0,9	5500	9,2	14,4	8,5	13,2	1,2	0,12	+10
4	6	КТПх1600	0,92	2900	11,4	17,8	10,1	15,8	1,4	0,015	+10
5	10	2КТПх630	0,7	4000	10,8	16,8	9,7	15,1	1,1	0,012	+20
6	6	КТПх400	0,93	4500	12,1	18,9	11,5	17,9	1,4	0,01	+10
7	10	2КТПх1600	0,78	5800	13,7	21,4	10,9	17	1,5	0,015	+20
8	10	2КТПх1000	0,8	3000	15,2	23,4	13,7	21,4	1,0	0,12	+15
9	6	КТПх1000	0,95	2800	11,3	17,6	9,8	15,3	0,7	0,15	+25
10	10	2КТПх500	0,71	6500	14,6	22,8	12,2	19	1,2	0,01	+20
11	6	КТПх500	0,9	2000	18,3	28,5	16,1	25,9	1,5	0,015	+15
12	10	2КТПх250	0,72	2500	9,8	15,3	8,7	13,6	1,1	0,012	+10
13	10	2КТПх400	0,73	3000	8,4	13,1	7,1	11,1	1,0	0,01	+10
14	6	КТПх2500	0,91	2000	10,2	15,9	8,6	13,4	0,7	0,12	+15
15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38	10 6 10 6 10 10 6 6 10 10 6 6 10 10 6 10 6 6 10 6 6 10 6 6	2КТПх1600 2КТПх16002КТПх400 КТПх630 КТПх1600 2КТПх630 2КТПх400 2КТПх250 2КТПх2500 КТПх1600 2КТПх400 КТПх630 КТПх1000 2КТПх1600 2КТПх630 2КТПх1000 КТПх250 2КТПх400 КТПх400 КТПх630 2КТПх630 КТПх1000 2 КТПх1000 КТПх1600	0,7 0,75 0,69 0,92 0,93 0,68 0,7 0,74 0,8 0,9 0,69 0,9 0,91 0,69 0,77 0,75 0,9 0,7 0,91 0,84 0,74 0,8 0,73 0,75	7500 3500 4000 2000 4500 5000 3000 6700 4500 3780 5600 6500 4800 3000 5000 6000 2500 3500 4000 5000 6000 2500 4800 5500	11,9 12,2 10,59,4 8,7 11,2 7,8 17,6 15,8 14,8 13,5 8,9 7,9 9,5 11,8 10,9 5,3 7,2 6,7 8,2 5,8 6,3 7,4 10,1	13,6 17,8 11,9 27,3 23,5 22,6 18,8 14,9 11 15 18,4 15,7 12,7 14,9 13,3 15,7 10,2 13,9 12,9 15,8 10,7 12,3 12,6 19,8	9,3 11,1 9,6 8,7 7,5 10,4 6,7 16,8 14,8 13,6 12,9 7,8 6,5 8,7 10,6 9,6 2,8 5,7 5,3 7,7 4,6 5,1 6,7 9,3	14,5 17,7 15 17,7 15 13,3 11,6 16,8 10,8 25,4 22,8 21,3 17,9 13,8 9,9 13,6 5,4 11 10,2 14,1 8,9 10,1 13,2 17,3	1,5 1,5 1,0 1,5 1,0 1,2 1,4 1,1 1,4 1,5 1,0 0,7 1,2 1,5 1,1 0,7 1,25 1,15 0,9 1,1 1,2 1,25 1,3 1,4	0,15 0,15 0,015 0,12 0,015 0,012 0,01 0,015 0,12 0,15 0,01 0,12 0,01 0,12 0,1 0,13 0,025 0,12 0,01 0,015 0,025 0,1 0,12 0,025	+20 +10 +15 +10 +15 +20 +25 +20 +10 +15 +20 +25 +10 +15 +20 +25 +15 +20 +25 +10 +15 +20 +25 +10