3.2. Расчет токов короткого замыкания на стороне 10 кВ

Составим схему замещения для расчета тока короткого замыкания на стороне 10 кВ «см. рис. 3.3»

ПС “Мотор–Деталь”

Zр1

110 кВ

10кВ Zр2 К3,К4

Рисунок 3.3 – Расчётная схема замещения для определения тока КЗ стороне 10 кВ

Ток трёхфазного короткого замыкания определяем по формуле:

, (3.6)

где Uн – номинальное напряжение, В;

Zp2– результирующее сопротивление в точке КЗ, Ом.

Результирующее сопротивление Zp2 определяем по формуле:

, (3.7)

где Z¹⁰_Л110 – приведенное сопротивление линии 110 кВ на 10 кВ;

Z_T – сопротивление трансформатора, Ом.

Приведенное сопротивление линии 110 кВ на 10 кВ определяем по формуле:

, (3.8)

где Z_Л110 –сопротивление линии 110 кВ (в нашем случае равно Zc );

К_T –коэффициент трансформации трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора определяется по формуле:

, (3.9)

где U_ВС – высшее напряжение трансформатора, кВ;

U_НС –низшее напряжение трансформатора, кВ.

Определяем коэффициент трансформации трансформатора по формуле (3.9).

Определяем приведенное сопротивление линии 110 кВ на 10 кВ по формуле (3.8)

Сопротивление трансформатора определяем по формуле:

, (3.10)

где Uк% – напряжение короткого замыкания, %;

Uн – номинальное напряжение, кВ;

Sн – номинальная мощность трансформатора, кВА.

Параметры силовых трансформаторов [1]:

(Т1) ТМГ– 5600/110 Sн=5600кВА, Uк=10,6%, Uн=10кВ

(T2) ТДНГ–10000/110 Sн=10000кВА, Uк=10,42%, Uн=10кВ

Определяем сопротивление трансформатора ТМГ– 5600/110 по формуле (3.10)

Аналогично определяем сопротивление трансформатора ТДНГ–10000/110.

Определяем результирующее сопротивление Zp2 по формуле (3.7)

для T1

для T2

Определяем ток трёхфазного короткого замыкания в т.К3иК4 по формуле (3.6)

для T1

для T2

Определяем ударный ток короткого замыкания по формуле (3.5)

для T1

для T2

Раздел 4. Выбор оборудования подстанции

4.1. Выбор оборудования на стороне 110 кВ

Выбору подлежат следующие аппараты:

1. выключатели;

2. разъединители;

3. измерительные трансформаторы тока;

4. ограничители перенапряжения.

Выбор выключателей 110 кВ.

Выбор выключателей производим по следующим условиям:

1. по условию длительного режима;

2. по динамической стойкости;

3. по коммутационной способности и амплитуде полного тока отключения;

4. по термической

Выбираем к установке выключатель вакуумный ВРС-110 III-31,5/2500 УХЛ1.

Данный выключатель мы устанавливаем вместо отделителя и короткозамыкателя.

Данные по выключателю сводим в таблицу. «см. в табл. 4.1»

Таблица 4.1 – Характеристики выключателя ВРС-110 III-31,5/2500 УХЛ1

Тип выключателя	ВРС-110 III
Номинальное напряжение, кВ	110
Наибольшее рабочее напряжение, кВ	126
Номинальный ток, А	2500
Номинальный ток отключения, кА	31,5
Ток термической стойкости, 3с, кА	31,5
Ток динамической стойкости,кА	81
Испытательное напряжение на частоте 50 Гц, кВ	200
Собственное время отключения не более, мс	45
Собственное время включения не более, мс	120
Полное время отключения не более, мс	65
Масса выключателя, кг	1645±5
Тип привода	пружинный
Продолжение таблицы 4.1
Диапазон рабочих температур окружающей среды, °С	от –60 до +50
Срок службы, лет (не менее)	25

В ноябре 2011 года смонтирован и запущен в опытную эксплуатацию первый вакуумный выключатель ВРС-110.

Оборудование установлено в качестве секционного выключателя на подстанции ПС-318 «Возрождение» на территории филиала ОАО «Ленэнерго» Выборгские электрические сети. ВРС-110 был установлен вместо устаревшего масляного выключателя ВМТ-110.

До сегодняшнего дня в большинстве энергосистем устанавливались элегазовые выключатели 110 кВ. В 2010 году ЗАО «Высоковольтный союз» разработал и предложил заказчикам принципиально новый аппарат в данном классе напряжения – вакуумный выключатель с одним разрывом на фазу, который имеет очевидные преимуществами перед элегазовыми выключателями, такие как надежность, простота в эксплуатации, экологическая безопасность. Впервые выключатель ВРС-110 был представлен на выставке «Электрические сети России – 2010» в Москве, а в 2011 году были завершены все необходимые испытания и сертификация аппарата.

Выключатели вакуумные наружной установки типа ВРС-110 являются

первыми вакуумными выключателями с одним разрывом на фазу. Изоляция полюсов выполнена цельнолитой, кремнийорганической. Выключатели выпускаются с пружинным приводом. Выключатели типа ВРС-110 предназначены для коммутации электрических цепей переменного тока частоты 50(60) Гц с номинальным напряжением 110 кВ в нормальных и аварийных режимах, с заземленной нейтралью с коэффициентом замыкания на землю не более 1,4.

Выключатели типа ВРС-110 применяются как комплектующие для открытых распределительных устройств 110 кВ. Выключатели изготавливаются в сейсмостойком исполнении и предназначены для работы на высоте от 0 до 1,2 м при максимальном расчетном землетрясении (МРЗ) 9 баллов по шкале MSK-64.

Выключатели типа ВРС-110 могут применяться также для расширения существующих подстанций и замены устаревших воздушных и других выключателей, обладая целым рядом преимуществ над ними.

К основным преимуществам, прежде всего, следует отнести:

1. минимум обслуживания;

2. минимум монтажа, так как выключатели поставляются полностью собранными и отрегулированными – заказчику остается только присоединить его к стойкам и присоединить (без регулировки) привод;

3. коммутационный ресурс 10000 циклов включения и отключения при номинальном токе;

4. коммутационный ресурс 20 циклов включения и отключения при номинальном токе отключения 31,5 кА;

5. цельнолитая кремнийорганическая изоляция полюсов по сравнению с керамическими покрышками позволила значительно уменьшить массу и габариты выключателя, существенно повысить надежность изоляции.

Кроме того, конструкцией выключателей типа ВРС-110 обеспечивается:

1. боковое размещение пружинного привода выключателей, обеспечивает хороший доступ к нему;

2. возможность эксплуатации в широком температурном диапазоне от -60 С до +50 С.

Выбор выключателя выполним в табличной форме «см. в табл. 4.2»

Таблица 4.2 – Выбор выключателей 110кВ

Расчетные данные	Каталожные данные:	Условия выбора или проверки
Uсети = 110 кВ Iпрод.расч. =50,2А	Uном = 110 кВ Iном =2500 А	По условия длительного режима: ,
iу = 4,7 кА	iдин = 81 кА	По динамической стойкости
Продолжение таблицы 4.2
	Iпкс=81 кА	По коммутационной способности, амплитуде полного тока отключения
Вк =  кА2·с	2976,7кА²с	По термической стойкости

где t_рз – время срабатывания релейной защиты: для U=35…110кВ–0,05c,

для U=0,4…10кВ–0,1c; [5]

t_ов– собственное время отключения выключателя;

время затухания апериодической составляющей тока КЗ: для

U=35…110кВ–0,02c, для U=0,4…10кВ–0,01c. [5]

Выбор разъединителей 110 кВ.

Условия выбора и проверки разъединителей те же, что и для выключателей, только отсутствует проверка по коммутационной способности. «см. в табл. 4.3»

Принимаем к установке разъединитель РГ-2-110/1000 УХЛ1.

Таблица 4.3 – Выбор разъединителей 110кВ

Расчетные данные	Каталожные данные:	Условия выбора или проверки
Uсети = 110 кВ Iпрод.расч. =50,2 А	Uном = 110 кВ Iном =1000 А	По условия длительного режима: ,
iу = 4,71 кА	iдин = 80 кА	По динамической стойкости
Вк =  кА2·с	=2976,7 кА2с	По термической стойкости

Выбор трансформаторов тока 110 кВ.

Выбор трансформатора тока сводится к расчету вторичной нагрузки трансформатора тока.

Вторичная нагрузка трансформатора тока определяется по формуле:

_(4.1)

где r_приб – сопротивления приборов, Ом;

r_конт – сопротивление контактов, Ом;

r_пров – сопротивление проводов, Ом.

Cопротивление приборов определяется по формуле:

_(4.2)

где S_приб – мощность потребляемая приборами, ВА;

I_2ном – номинальный вторичный ток трансформатора тока, А.

Расчет S_приб выполним в форме таблицы. «см. в табл. 4.4»

Таблица 4.4 – Расчёт мощности вторичной нагрузки трансформатора тока

Прибор	Тип	Нагрузка фазы, ВА
		А	В	С
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
Варметр	Д-335	0,5	-	0,5
Счётчик активной энергии	И-674	3	-	3
Счётчик реактивной энергии	И-673	3	-	3
Амперметр	Н-344	10	10	10
Итого:		17	10	17

Определяем сопротивление приборов по формуле (4.2)

Сопротивление контактов r_конт принимают равным 0,1 Ом числе приборов.[2]

Сопротивление проводов определяется по формуле:

_(4.3)

где p – удельное сопротивление материала провода, Оммм²/м;

l – длина соединительных проводов, м;

q – сечение провода, мм².

Для подключения приборов используются медные провода сечением 2,5мм², удельное сопротивление меди 0,0175 Оммм²/м. Длину соединительных проводов для ОРУ 110 кВ принимаем равной 75м. [5]

Определяем сопротивление проводов по формуле (4.3)

Определяем вторичную нагрузку трансформатора тока по формуле (4.1)

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому Z₂ (расчетная нагрузка трансформатора тока) приблизительно равна r₂.

Принимаем к установке трансформатор тока ТГФМ-110.

Выбор трансформатора тока выполним в табличной форме «см. в табл. 4.5»

Таблица 4.5 – Выбор трансформатора тока 110кВ

Расчетные параметры цепи	Каталожные данные ТТ	Условия выбора
Uсети = 110 кВ Iпрод.расч.=50,2 А	Uном = 110 кВ Iном =100 А	,
iу = 4,71 кА	iдин =63 кА
		Продолжение таблицы 4.5
Вк =  кА2·с	=1875 кА²·с
Z2=1,3 Ом	Z2ном=1,4 Ом	Z2≤ Z2ном

Выбор ограничителей перенапряжения (ОПН) 110кВ.

Выбираем ОПН серии ОПН-110 II УХЛ1.

U_ном,=110 кВ, I_ном =5 кА.