4.5. Составление сводной таблицы результатов расчёта токов короткого замыкания

Составим таблицу с результатами расчёта токов короткого замыкания для каждой точки.

Результаты расчёта токов короткого замыкания

Таблица 4.5.1.

Точка КЗ	Ветвь, примыкающая к точке КЗ	, кА	, кА	, кА	, кА	, кА2·с
K-1	Система	12,1	28,7	11,67	5,36	32,69
	Трансформатор T1	2,3	6,37	2,05	2,91	2,09
	Автотрансформатор АТС1	1,86	5,14	1,86	2,123	1,42
	Автотрансформатор АТС2	1,86	5,14	1,86	2,123	1,42
	Сумма	18,2	45,1	17,44	12,516	38,52
K-2	Автотрансформатор АТС1	9,66	25,5	9,66	7,18	22,02
	Автотрансформатор АТС2	9,66	25,5	9,66	7,18	22,02
	Трансформатор T2	2,26	6,24	2,26	2,67	2,13
	Трансформатор T3	2,26	6,24	2,26	2,67	2,13
	Трансформатор T4	2,26	6,24	2,26	2,67	2,13
	Сумма	26,1	69,6	26,1	22,37	50,43
K-3	Трансформатор T1	62,3	166	62,3	47,16	15835,66
	Генератор G1	53	147	42,93	66,15	9887,68
	Сумма	115,3	313	105,23	113,31	25723,34
K-4	Автотрансформатор АТС1	39,6	108	39,6	38,69	6484,34
	Генератор G5	31,1	86,1	24,26	38,69	3394,9
	Реактор Р1	19,9	55,3	19,9	23,54	1694,92
	Реактор Р2	19,9	55,3	19,9	23,54	1694,92
	Сумма	110	305	103,66	124,46	13269,08

5. Выбор электрических аппаратов и проводников

5.1. Выбор выключателей, разъединителей, трансформаторов тока и напряжения, расчёт конструкции сборных шин и связей между элементами ру и оборудованием на напряжении 220 кВ

5.1.1. Выбор выключателей и разъединителей

Выключатели являются основным коммутационным аппаратом и служат для отключения и включения цепей в различных режимах работы. Наиболее ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее КЗ.

При выборе выключателей необходимо учитывать основные требования, предъявляемые к ним. Выключатели должны надежно отключать любые токи: нормального режима и КЗ, а также малые индуктивные и емкостные токи без появления при этом опасных коммутационных перенапряжений. Для сохранения устойчивой работы системы отключение КЗ должно производиться как можно быстрее; выключатель в цепи линии должен быть приспособлен для быстродействующего АПВ. Конструкция выключателя должна быть простой, удобной для эксплуатации и транспортировки, выключатель должен обладать высокой ремонтопригодностью, взрыво- и пожаробезопасностью.

В настоящее время существуют различные виды выключателей, которые отличаются по способу гашения дуги и конструкции. В общем случае выбор того или иного типа выключателя должен обосновываться после проведения технико-экономического сравнения вариантов. Однако в учебном проектировании выбор в пользу того или иного выключателя сделаем на основании сопоставления их достоинств и недостатков. Рассмотрим основные типы высоковольтных выключателей, доступных на рынке в настоящее время [31, 32].

Воздушные выключатели

Выпускаемые воздушные выключатели можно разбить на две группы. Первая группа - генераторные выключатели серий ВВОА-15 и ВВГ-20. Номинальное напряжение до 20 кВ, номинальный ток до 20000 А, номинальный ток отключения до 160 кА. Вторая группа - выключатели, предназначенные на номинальное напряжение 35 кВ и выше. Для коммутации в цепях электротермических установок выпускается выключатель серии ВВЭ-35. Выключатели для наружных установок выпускаются в четырех сериях на напряжения: ВВ (330 и 500 кВ), ВВБ (110-750 кВ), модернизированная серия ВВБК (110, 220, 500 кВ) и серия ВНВ (500, 750, 1150 кВ). Номинальные токи серий ВВБК и ВНВ до 3150-4000 А, номинальные токи отключения до 63 кА. Серии ВВБК и ВНВ имеют время отключения до 0,04 с. Для работы воздушных выключателей необходимо компрессорное хозяйство со сжатым воздухом с давлением на выходе 2-4 МПа.

Достоинства воздушных выключателей:

• время отключения доведено до 0,04 с;

• пожаробезопасны;

• нарастание номинального напряжения осуществляется последовательным соединением модулей;

• для надежной работы изоляции выключателя осуществляется непрерывная вентиляция полостей модуля;

• имеют большой коммутационный ресурс при номинальном токе (особенно в выключателях для электротермических установок).

Недостатки воздушных выключателей:

• воздушные выключатели сложнее и дороже большинства других выключателей;

• для надежной работы необходим чистый осушенный сжатый воздух, поэтому требуется наличие сложного и дорогого компрессорного хозяйства;

• при отключении слышатся сильные хлопки типа взрыва.

В настоящее время практически полностью вытеснены выключателями других типов и выпускаются в очень ограниченном количестве.

Баковые масляные выключатели

Выключатели баковые масляные просты в изготовлении и относительно недорогие. Выключатели имеют, как правило, электромагнитные или пружинные приводы. Трансформаторы тока встроены в выключатель, что позволяет упростить РУ и сократить стоимость и габариты всей установки. Надежность масляных выключателей близка к надежности воздушных выключателей.

Недостатки баковых масляных выключателей:

Большой объем масла требует организации специальной службы для сушки и очистки трансформаторного масла. Размещение камер в баке с маслом затрудняет их ремонт и осмотр. В процессе работы выключателя возникают большие ударные нагрузки на фундамент, что требует создания мощных фундаментов. Данные выключатели непригодны к АПВ.

В настоящее время в небольших количествах выпускаются выключатели на номинальное напряжение 35-110 кВ. Производство их непрерывно сокращается за счёт их вытеснения более современными элегазовыми выключателями.

Маломасляные выключатели

В маломасляных выключателях трансформаторное масло используется в основном для гашения электрической дуги. Выключатели имеют малые размеры, малую массу, достаточно высокие технические данные. Это определило их широкое применение при номинальном напряжении до 35 кВ в сборных РУ, комплектных РУ для внутренней (КРУ) и наружной установок (КРУН).

Маломасляные выключатели по конструктивным особенностям можно разбить наследующие основные четыре группы:

• маломасляные подвесного типа (серии ВМП-10). Номинальный ток до 3150 А, номинальный ток отключения до 31,5 кА, номинальное напряжение 10 кВ;

• маломасляные колонкового типа (серии ВК-10). Номинальный ток до 3150 А номинальный ток отключения до 31,5 кВ, номинальное напряжение 10 кВ;

• маломасляные горшкового типа для генераторов (серии МГГ). Номинальный ток до 11 200 А, номинальный ток отключения до 90 кА, номинальное напряжение до 20 кВ;

маломасляные выключатели для наружных установок серий ВМУЭ-35, ВМТ-110 и ВМТ-220. Номинальное напряжение до 220 кВ, номинальный ток до 2000 А, номинальный ток отключения до 40 кА.

Достоинства маломасляных выключателей:

• небольшие габариты и масса;

• малое количество масла;

• пожаробезопасны;

• имеют пружинные и электромагнитные приводы;

• удобный монтаж на тележке КРУ (серий ВМП-10, ВК-10).

Использование маломасляных выключателей серий ВМТ-110 и ВМТ-220 позволяет отказаться от громоздких и тяжелых баковых и воздушных выключателей. К недостаткам этих выключателей следует отнести небольшой ресурс при номинальном токе и при токе КЗ (серии ВМП, ВК). В настоящее время вытесняются элегазовыми выключателями (на напряжениях 110 кВ и выше) и вакуумными выключателями (на напряжениях 6-10 кВ).

Элегазовые выключатели

Достоинства элегазовых выключателей:

• высокая электрическая прочность и дугогасящая способность элегаза позволяют создать дугогасительное устройство на ток отключения 40 кА при напряжении 220 кВ на один разрыв при высокой скорости восстановления напряжения сети. Ведутся работы по дальнейшему увеличению отключающей способности одного разрыва;

• элегазовые выключатели являются перспективными на напряжение 110 кВ и выше. За рубежом имеются успешные разработки на напряжения 6-24 кВ. В России ведется разработка выключателей на напряжение 6-10 кВ с номинальным током отключения до 40 кА;

• элегаз позволяет повысить нагрузку токоведущих частей и уменьшить их массу за счет своих охлаждающих свойств;

• выключатели удобно использовать в элегазовых КРУЭ, в которых элегаз используется для изоляции;

• по сравнению с воздушными выключателями имеют меньший размер, массу;

• не требуют сжатого воздуха для гашения дуги;

• гашение дуги происходит в замкнутом объеме без выхлопа в атмосферу.

ОАО "Уралэлектротяжмаш" разработаны и выпускаются выключатели серий ВГУ, ВГТ на напряжения 110, 220, 330 кВ, номинальный ток отключения до 45 кА, номинальный ток до 3150 А. Ведутся работы по созданию выключателей на напряжения 500 и 750 кВ. Полное время отключения выключателей составляет 0,055 с.

Для элегазовых КРУ ОАО "Электроаппарат" разработало серию элегазовых выключателей на номинальные напряжения 110 и 220 кВ с высокими техническими характеристиками:

Недостатки элегазовых выключателей:

Высокие требования к качеству заполняющего элегаза. Работоспособность выключателя зависит от температуры окружающей среды и при понижении температуры ниже определенного значения выключатель может отказать в гашении. При давлении 0,35 МПа и плотности элегаза 28 кг/м³ предельная температура составляет –40°С. Это затрудняет применение элегазовых выключателей при низких температурах окружающего воздуха, однако добавка специальных присадок устраняет эту проблему. Расположение выключателей в ЗРУ повышает температуру окружающей среды за счет тепла КРУ, улучшает условия работы выключателей и расширяет область их применения.

Электромагнитные выключатели

В ряде установок требуется частая коммутация номинальных токов при напряжении до 10-15 кВ (электротермические устройства, собственные нужды электростанций). В этих случаях применяются электромагнитные выключатели. Основная серия этих выключателей ВЭ-10 на номинальное напряжение до 10 кВ, номинальный ток до 3600А, номинальный ток отключения до 40 кА. Время отключения до 0,08 с. Механический ресурс в цикле ВО до 25000-120000 в зависимости от параметров выключателя. Коммутационный ресурс при номинальном токе и коэффициенте мощности выше 0,7 – от 5000 до 10 000 операций включения-отключения (в зависимости от номинального тока выключателя).

Выключатель может иметь пружинный (серия ВЭ-10) или электромагнитный привод (серия ВЭМ-10).

Достоинства электромагнитных выключателей:

• взрывобезопасность;

• большой коммутационный ресурс номинального тока;

• большой механический ресурс;

• ограничение тока при гашении;

• слабая зависимость процесса отключения от скорости восстановления напряжения сети.

Недостатком электромагнитных выключателей является ограничение по номинальному напряжению (до 15 кВ).

В настоящее время электромагнитные выключатели практически сняты с производства и заменены на рынке вакуумными выключателями.

Вакуумные выключатели

Достоинства вакуумных выключателей:

• небольшие габариты; простота конструкции;

• взрывобезопасность;

• малое время отключения (0,04-0,075 с);

• высокая скорость восстановления прочности дугогасительного промежутка;

• удобны для отключения емкостной нагрузки;

• бесшумная работа;

• нет выброса в атмосферу;

• полная герметизация дугогасительного устройства;

• значительный ресурс при коммутации номинального тока - (30-50)·10³ коммутаций.

Разработаны и подготовлены к выпуску выключатели с числом коммутаций до 1,5·10⁶. При коммутации тока короткого замыкания ресурс ВО до 100 коммутаций; отсутствие ударной нагрузки на фундамент; в пределах коммутационного ресурса камера не ремонтируется. Срок службы камеры – (30-150)·10³ коммутаций без тока или 50-100 при токе короткого замыкания; механический ресурс (10-25)·10³ циклов ВО. Вакуумные выключатели позволяют создать малогабаритные (многоэтажные) КРУ; малые ход и скорость контактов позволяют применить небольшие пружинные или электромагнитные приводы; выключатели работают без выброса пламени и газов (экологически чистые).

Недостатки вакуумных выключателей:

• вблизи нуля тока наблюдается срез тока, в результате чего возникают перенапряжения, опасные для коммутируемого оборудования;

• для борьбы с перенапряжениями необходимо применять RC-цепочки либо ограничители перенапряжений (ОПН), или использовать вакуумные выключатели с электромеханическим способом устранения перенапряжения;

• в выключателях на напряжение более 35 кВ требуется соединять последовательно несколько камер. Учитывая небольшой ход подвижного контакта и необходимость разведения всех контактов одновременно, требуется точная регулировка момента размыкания всех контактов.

За счёт своих преимуществ вакуумные выключатели находят широкое применение при номинальном напряжении до 35 кВ.

Приблизительный перечень условий выбора и проверки выключателей выглядит следующим образом:

1. ;

2. ;

3. ; .

В случае, если , то отключающая способность проверяется по полному току, и условие записывается иначе:

;

4. ; ;

5. .

Определим максимальный рабочий ток наиболее мощного присоединения.

В цепи блоков G1-Т1:

где, 0.95 – коэффициент, учитывающий снижение напряжения на 5%.

В цепи АТС1 и АТС2 на стороне ВН:

,

где 1.4 – коэффициент, учитывающий перегрузку трансформатора (при отказе одного АТС).

В цепи линии связи с системой:

,

где - кол-во, отходящих линий к системе.

- учитываем отключение одной линии.

Следует отметить, что при выборе выключателей необходимо учитывать удобства эксплуатации, создаваемые наличием однотипных выключателей (наличие запчастей, навыки в ремонте и обслуживании). Поэтому при проектировании, модернизации, расширении электрических станций и подстанций необходимо учитывать при заказе выключателей однотипность приобретаемого оборудования. Поскольку стоимость выключателей одной марки мало зависит от величины номинального тока и тока отключения, то для упрощения во всех присоединениях выбираем однотипные выключатели по току наиболее мощного присоединения .

Учитывая приведённые выше описания выключателей различных типов, остановим свой выбор на элегазовых выключателях как на наиболее перспективных и широко применяемых в настоящее время при сооружении РУ напряжений выше 110 кВ.

На российском рынке наиболее распространёнными являются элегазовые выключатели фирм ABB, Areva, Siemens и российского ОАО «Уралэлектротяжмаш». Сравнительную характеристику выключателей различных фирм приводить в курсовом проекте не будем, поскольку основные отличия между параметрами выключателей незначительны, а задачи проанализировать современный рынок высоковольтных выключателей не ставилось.

Примем решение о выборе производителя выключателей. У выключателей производства ОАО «Уралэлектротяжмаш» по [14] собственное (0,035 с) и полное (0,055 с) время отключения КЗ несколько больше, чем у выключателей зарубежного производства (0,025 с и 0,04 с соответственно). Видим, что разница во времени незначительна. Однако тот факт, что трансформаторы и автотрансформаторы, применяемые к установке на ТЭЦ, будут поставляться с завода ОАО «Уралэлектротяжмаш», делает более выгодным вариант заказа выключателей у того же производителя. Кроме того, эти выключатели отечественного производства. Это означает, что вся документация выключателя будет разработана в соответствии с российскими стандартами, что упростит его монтаж и дальнейшую эксплуатацию. Параметры выключателя будут соответствовать требованиям отечественного ГОСТ. Данные выключатели разработаны с учётом их эксплуатации в условиях континентального климата. Кроме того, доставка, ремонт и замена выключателей будут выполняться гораздо проще и быстрее.

Итак, к установке принимаем элегазовые колонковые выключатели типа ВГТ производства ОАО «Уралэлектротяжмаш».

Принимаем к установке выключатели ВГТ-220II-40/2500ХЛ1. Проверку выключателей оформим в виде таблицы.

Выбор выключателей на ОРУ 220 кВ

Таблица 5.1.1.1.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по выключателю ВГТ-220II-40/2500ХЛ1
при :
;		;

Таким образом, выбранные выключатели удовлетворяют всем условиям проверки и пригодны к установке на ОРУ 220 кВ.

Рис. 5.1.1.1. Внешний вид выключателей ВГТ-220

По соображениям, указанным ранее, при выборе разъединителей также будем ориентироваться на продукцию ОАО «Уралэлектротяжмаш».

Заводом выпускаются трёхполюсные поворотные двухколонковые разъединители марки РПД. Разъединители могут комплектоваться одним или двумя заземляющими ножами, ручным (ПРН-1000) или моторным (ПМН) приводами. Поставляются в частично разобранном виде.

Принимаем к установке разъединители РПД-220/2500УХЛ1. Результаты его проверки сведём в таблице.

Выбор разъединителей на ОРУ 220 кВ

Таблица 5.1.1.2.

Условия проверки	Расчетные данные	Данные по разъединителю РПД-220/2500УХЛ1

Таким образом, выбранные разъединители удовлетворяют всем условиям проверки и пригодны к установке на ОРУ 220 кВ.