2.3 Выбор электрооборудования подстанции

Выбор шин.

В цепях линии 6 кВ ошиновка в шкафах РУ выполняется прямоугольными алюминиевыми шинами. Непосредственно к потребителям отходят кабельные линии. Соединение трансформатора с закрытыми распределительными устройствами 0,4 кВ осуществляется шинным мостом. Ошиновку и сборные шины выполнены жесткими прямоугольными алюминиевыми шинами, так как они дешевле медных.

Выбираем шины в цепи трансформатора ТМ – 10000/10. Трансформатор установлен на подстанции цеха.

Расчетные токи короткого замыкания

I” = 9,12 кА; i _у = 24,3 кА.

Допустимая нагрузка трансформатора 40%.

Определяем расчетные токи при продолжительных режимах работы по формуле.

I_р = I_ном = S_и / (√3 * U_ном) (18)

где I_р - расчетный ток, А;

S_и – полная используемая мощность цеха, кВА.

I_ном = 282 / (√3 * 250 ) = 0,35

Выбираем сечение алюминиевых шин по экономической плотности

V_э = I_ном / S_э (19)

где V_э – экономическая плотность алюминия при I_max = 0,35 А, мм²;

S_э – экономическая плотность полной мощность цеха (принимаем за 1,1 [2]).

V_э = 0,35 / 1,1 = 0,32

Принимаем сечение шин 100х6, 800 мм². Так как 600 < 676,8 мм², следовательно шины такого сечения экономически выгодны.

Выбор разъединителей.

Выбор разъединителей производится по току I_max ≤ I_раз, где I_max = 72,9 А

Выбираем разъединитель типа РВ3.

Выбор выключателей.

Высоковольтные выключатели предназначены для отключения цепи под нагрузкой, а также коротких замыканий. Выбираем вакуумный выключатель типа ВН-16. Номинальные параметры которого следующие: выключатель вакуумный с электромагнитным приводом, номинальным напряжением 10 кВ, номинальным током 200 А, максимальный ток отключения короткого замыкания 0,4 кА.

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока должны обеспечивать: 1) в установках напряжением до 1000 В снизить измеряемый или контролируемый ток до величины, допускающей подключение последовательных катушек измерительных приборов или аппаратов защиты; 2) в установках напряжением выше 1000 В отделить цепи высокого напряжения от цепей измерительной и защитной аппаратуры, обеспечивая безопасность их обслуживания. Для установки на стороне высокого напряжения принимаем трансформаторы тока с U_ном=10 кВ, I_ном = 1000 А марки ТШЛ – 10, на низкой ТПЛК – 6, I_ном = 1500 А (данные для выбора трансформатора тока из пункта 3.5.4).

Выбор РУ

Для РУ 6 кВ понизительных подстанций широко применяются комплектные распределительные устройства (КРУ). Это помогает сократить объем и сроки проектирования, при необходимости легко производить реконструкцию и расширение электроустановки. Также установка КРУ позволяет ускорить монтаж РУ, а также сократить стоимость пуско-наладочных работ и обеспечить безопасность его обслуживания.

2.4 Выбор питающих кабелей

От главной понизительной подстанции цех получает питание по кабельным линиям, которые прокладываются в полупроходных кабельных туннелях в распределительных устройствах и цехе на металлических лотках, укрепленных на стенах и конструкциях зданий. В зависимости от места прокладки, свойств среды, механических условий, воздействующих на кабель рекомендуется специальные марки кабеля. Кабели должны прокладываться внутри и снаружи зданий открыто, в местах, где исключена возможность механического воздействия на кабель. Исходя из этого, для сетей 6 кВ принимаем к прокладке кабель типа АСБГ с алюминиевыми жилами. Все потребители запитываются от распределительного шинопровода 0,4 кВ, через автоматические выключатели, различных марок и номинального тока.

Трансформаторная подстанция цеха является встроенной. Поэтому потерями в кабеле можно пренебречь.

Определим расчетные показатели цеха.

Расчетный ток I_р = 72,9

Определим сечение по экономической плотности тока (кабель трехжильный).

V_э = I_р / I_э (20)

где V_э – сечение по экономической плотности, мм²;

I_р – расчетный ток, А;

I_э – экономическая плотность тока, А/мм², для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами, прокладываемых в земле, принимается 1,7.

V_э = 72,9 / 1,7 = 42,9

Принимаем к прокладке 3 трехжильных кабеля 3 х 6 мм², с I_д=45.

2.4.1 Выбор низковольтной сети

Для питания двигателей электроприводов станков и остального оборудования и освещение применяют понизительные трансформаторы 6/0,4 кВ. Наиболее ответственными потребителями собственных нужд подстанции являются оперативные цепи, система связи, аварийное освещение. Мощность потребителей невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220 В, которая получает питание от понизительных трансформаторов марки ТМ – 1600/10.

Сети низкого напряжения расположены внутри помещения и выполнены проводами и шнурами различных марок и сечений. Защита низковольтных силовых цепей выполнена автоматическими выключателями, имеющими различные марки и номинальные токи в зависимости от того какой потребитель к ним подключен.

2.4.2 Выбор и расчет релейной защиты

Силовые трансформаторы в процессе работы могут иметь различные повреждения: междуфазные в обмотках внутри бака и на выводах; витковые замыкания одной фазы; однофазные замыкания на землю в обмотке и на наружных выводах, присоединенных к сети с глухозаземленной нейтралью; увеличение токов в обмотках, обусловленное внешними короткими замыканиями; токовые перегрузки обмоток; понижение уровня масла [2].

2.4.3 Защита от внутренних повреждений

Газовая защита применяется от повреждений внутри кожуха трансформатора, сопровождающихся выделением газов, и от понижения уровня масла. Принцип действия газовой защиты основан на том, что всякие повреждения трансформатора внутри бака сопровождаются выделением газообразных продуктов разложения трансформаторного масла, которые легче масла и потому поднимаются вверх в сторону расширителя. Газовая защита выполняется таким образом, чтобы при медленном газообразовании подавался сигнал, а при бурном (что имеет место при витковых замыканиях) – происходило отключение поврежденного трансформатора [2].

2.4.4. Защита от сверхтоков при внешних коротких замыканиях

Для защиты понижающих трансформаторов от сверхтоков предусматривается максимальная токовая защита, действующая на отключение. Схема токовой защиты должна обеспечивать отсечку при всех видах коротких замыканий и перегрузок.

Выбор и расчет релейной защиты. произведенные для одного трансформатора, соответствует выбору и расчету для другого трансформатора. Определим ток срабатывания реле отсечки по формуле.

I_ср = (k_н * k_сх. * I_max) / k₁ (21)

где I_ср – ток срабатывания, А;

k_н – коэффициент надежности, принимается равным 1,8 для реле типа РТ-80, РТ-40, ЭТ-250;

k_сх. – коэффициент схемы включения реле, принимается равным 1,4;

I_max – максимальный ток нагрузки, А;

k₁ – коэффициент трансформации 400/5.

I_ср = (1, 8 * 1,4 * 72,9) / 80 = 12,4

ток срабатывания рассчитан по методике рассмотренной в [2].

2.4.5 Защита от перегрузок

Защита от перегрузок устанавливается на трансформаторах, где возможны достаточно длительные и опасные для трансформатора перегрузки. Защита должна работать на сигнализацию с последующим отключением с выдержкой времени. Ток срабатывания реле токовой защиты от перегрузки определяется по формуле

I_ср = (k_н * k_сх. * I_ном) / (k_в * k₁₎ (22)

где k_в – коэффициент возврата реле.

I_ср = (1, 8 * 1,4 * 72,9) / (0,8 * 80) = 15,6

2.4.6 Дифференциальная защита (ДТЗ)

ДТЗ является разновидностью максимальной токовой защиты (МТЗ). Схема ДТЗ работает по принципу сравнения токов по концам защищаемого элемента сети: линии, трансформатора и др. Для осуществления этой защиты с обеих сторон защищаемого элемента устанавливаются трансформаторы тока. Участок, ограниченные трансформаторами тока, называется зоной действия ДТЗ.

Произведем расчет ДТЗ трансформатора ТМ – 400/10.

Дифференциальная защита (ДТЗ)

ДТЗ является разновидностью максимальной токовой защиты (МТЗ). Схема ДТЗ работает по принципу сравнения токов по концам защищаемого элемента сети: линии, трансформатора и др. Для осуществления этой защиты с обеих сторон защищаемого элемента устанавливаются трансформаторы тока. Участок, ограниченные трансформаторами тока, называется зоной действия ДТЗ.

Произведем расчет ДТЗ трансформатора ТМ – 400/10.

Определяем токи силового трансформатора на сторонах высокого и низкого напряжений по формуле

I_ном. = S_т-тр / (3 U_ном) (23)

I_В.Н. = 400 / (√3 * 6) = 38,5

I_Н.Н. = 400 / (√3 * 0,4) = 579,7

Принимаем коэффициенты трансформации трансформаторов тока

k _{I В.Н.} = 300/ 5 = 60

k _{I Н.Н.} = 4000 / 5 = 800

Определяем вторичный ток в плечах ДТЗ, соответствующий номинальной мощности трансформатора.

I₂ = I₁ * К_сх / k₁ (24)

где К_сх – коэффициент надежности схемы;

I₂ - вторичный ток в плечах ДТЗ, А;

I₁ – номинальный ток трансформатора, высокой и низкой стороны, А;

I_2ВН = 38,5* √3 / 60 = 1,14

I_2НН = 579,7 * 1 / 800 = 0,79

Определяем ток небаланса

I_нб. = (К_а * К_одн * f +0,16)* I_max (25)

где I_нб. - ток небаланса, А;

К_а – коэффициент, учитывающий влияние апериодической составляющей тока КЗ, для реле, без промежуточного быстронасыщающегося трансформатора с короткозамкнутыми обмотками принимается равным 2;

К_одн – коэффициент однотипности условий работы трансформаторов тока, принимается равным 1, так как трансформаторы обтекаются близкими по значению токами;

f=0,1 – погрешность трансформатора тока, удовлетворяющая

10%-кратности;

0,16 – пределы регулирования высокого напряжения трансформатора;

I_max – наибольший трехфазный ток при внешнем КЗ.

I_нб. = (2 * 1 * 0,1 + 0,16) * 96,2 = 3,7

Определяем ток срабатывания реле по условию отстройки от тока небаланса с коэффициентом надежности 1,3 по формуле

I_{сраб.реле} = К_н * √3 * I_нб. / k _{I В.Н.} (26)

где I_{сраб.реле} - ток срабатывания реле, А;

К_н - коэффициент надежности тока срабатывания реле;

k _{I В.Н.} – коэффициент трансформации трансформатора тока.

I_{сраб.реле} = 1,3 * √3 * 3,7 / 60 = 2,3

Принимаем I_{сраб.реле} = 2,3 А. Определяем коэффициент чувствительности.

К_ч = I_кmin / (I_{сраб.реле} * k₁) ≥ 1,5 (27)

где К_ч – коэффициент чувствительности;

I_кmin – минимальный ток КЗ в конце защищаемого участки сети, А;

I_{сраб.реле} – ток срабатывания реле, А;

k₁ –коэффициент трансформации трансформатора тока.

К_ч = 96,2 / (2,3 * 60) = 0,7 <1,5

Значение тока отсечки удовлетворяет требованиям чувствительности, следовательно для защиты силового трансформатора применяем дифференциальную токовую защиту с торможением, реле типа ДТЗ – 11.