8. Выбор и проверка оборудования

8.1 Выбор электрооборудования на напряжение выше 1 кВ

Выбор и проверку оборудования производим по техническим данным

электрооборудования, приведенным в [2].

1.) Выбор выключателей 10 кВ

По номинальным параметрам для утяжеленного режима работы на вводах РУ-10 кВ принимаем к установке вакуумные выключатели типа ВВЭ-М-10-31,5-1600У1 (ячейки К-104М). Расчетный ток в утяжеленном режиме на вводе РУ-10 кВ был найден ранее (см. таблицу 5.2) и составляет 1161,6 А.

Основные технические характеристики ячеек К-104М приведены в разделе 9.

Проверку выключателей на динамическую, термическую стойкость и коммутационную способность в режиме короткого замыкания будем проводить по току к. з. в точке К2, который ликвидируется максимальной токовой защитой питающей кабельной линии с выдержкой времени t_MT3=0,5с.

Отключающую способность выключателя оцениваем по времени:

τ = t_св+ 0,02, (8.1)

где t_cв — собственной время отключения выключателя, равное 0,06 с [2].

τ= 0,06+ 0,02 = 0,08 с

Полное время отключения короткого замыкания в точке К1:

t= t_мтз + τ (8.2)

t=0,5+0,08= 0,58 с

Расчетный тепловой импульс:

В=Iпо²·(t+Ta), (8.3)

В = 16,071²·(0,58+ 0,06) = 165 кА² с .

Условия выбора и проверки выключателя на вводе приведены в таблице 8.1.

Выбор секционного выключателя и выключателей на отходящих линиях от РУ-10 кВ производим по аналогичной методике, что и вводные выключатели (см. таблицу 8.2).

Расчетный ток секционного выключателя составляет половину от расчетного тока выключателя на вводе:

I_расч = 1161,6/2 = 580 А

Выбираем секционный выключатель типа ВВЭ-М-10-31,5-630У1. Условия выбора и проверки выключателя на вводе приведены в таблице 8.2.

Таблица 8.1 — Условия выбора и проверки выключателя на вводе

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ Iдлит.доn	1600 A	1161,6 А
Iвкл.ном ≥ Ino	31,5 кА	16,071 кА
iвкл ≥ iyд	80 кА	41,996 кА
Iдинном≥Ino	31,5 кА	16,071 кА
Iдин mах ≥iyd	80 кА	41,996 кА
Im2·tm≥B	3200 кА2· с	165 кА2· с
Iотк.ном ≥ Inτ	31,5 кА	16,071 кА
Iотк.ном=√2·Iдлит.доп ·	1,4·31,5 (1+0/100) =441 кА	32,605 кА

Таблица 8.2 — Условия выбора и проверки секционного выключателя

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ 1длит.доп	630 А	495 А
Iвкл.ном ≥ Iпо	31,5 кА	16,071 кА
iвкл ≥ iyd	80 кА	41,996 кА

Продолжение таблицы 8.2

1длинном ≥ Iпо	31.5 кА	16,071 кВА
Iдин max ≥ iyd	80 кА	41,996 кА
Iотк.ном ≥ Inτ	3200 кА2· с	165 кА2· с
iотк.ном ≥ Inτ	31,5 кА	16,07 кА
iотк.ном =√2· iдлит.доп (1+)≥√2· Inτ+ Iаτ	1,4·31,5·(1+)=44,1 кА	32,605 кА

Расчетные токи на отходящих линиях приведены в таблице 4.2. Так токи отходящих линий (максимальный) к трансформаторам 630 кВА составляют 51 А. По этому току на всех к цеховым трансформаторам принимаем выключатели типа ВВЭ-М-10-31,5-630У1. Условия выбора и проверки выключателей к цеховым трансформаторам представлены в таблице 8.3.

Таблица 8.3 – Условия выбора и проверки выключателей к цеховым трансформаторам 630 кВА

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ 1длит.доп	630 А	51 А
Iвкл.ном ≥ Iпо	31,5 кА	16,071кА
iвкл ≥ iyd	80 кА	41,996кА
1длинном ≥ Iпо	31,5 кА	16,071 кВА
Iдин max ≥ iyd	80 кА	41,996 кА
Iдин max ≥ iyd	3200 кА2· с	165 кА2· с
Iотк.ном≥ Inτ	31,5 кА	16,07 кА
iотк.ном =√2· Iдлит.доп (1+)≥√2· Inτ+ iаτ	1,4·31,5·(1+)=44,1 кА	32,605 кА

Выключатели проходят по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийном режимах.

2.) Выбор трансформаторов тока.

Расчетная нагрузка вторичных цепей трансформаторов тока определяется по схеме включения приборов. Схемы включения приборов па вводе, секционном выключателе и отходящих линиях приведены на рисунке 8.1.

а) Расчет нагрузок по фазам для трансформаторов тока па вводе РУ-10 кВ приведен в таблице 8.4.

Рисунок 8.1 — Схемы включения трансформаторов тока:

а) на вводе РУ-10 кВ и отходящих линиях

б) на секционном выключателе

Таблица 8.4 — Расчет нагрузки трансформатора тока на вводе РУ-10 кВ

Прибор	Тип	Нагрузка по фазам
		А	В	С
Амперметр	Э-335	0,5	-	-
Счетчик активной и реактивной энергии	ЦЭ6850	0,1	-	0,1
Итого:		0,6	-	0,6

Наиболее загруженной является фаза А. К установке на вводе РУ-10 кВ принимаем трансформатор тока типа ТШЛП-10-1000УЗ [2]. Термическая

стойкость шинного трансформатора тока в режиме короткого замыкания оценивается по тем же расчётным параметрам, что и выключателя.

Динамическая стойкость шинного трансформатора тока определяется стойкостью шин и проверке не подлежит.

Сопротивление измерительных проводов фазы А определяется по формуле

R_приб= = 0,024 Oм (8.4)

где I_ном — вторичный ток трансформатора тока, А.

Максимально возможное сопротивление проводов при R_{2 ном}=0,8 Ом в классе точности 0,5:

R_пров= R_{2 ном} – R_приб – R_конт= 0,8 – 0,024 – 0,1 = 0,676 Ом (8.5)

где R_конт — сопротивление контактов, равное 0,1 Ом.

Сечение соединительных проводов для схемы соединения трансформаторов тока в неполную звезду определяется пo формуле

S_пров = = =1,1 мм² (8.6)

где ρ — удельное сопротивление алюминия, Ом*мм² /м;

L — длина трассы проводов, м.

Принимаем провод 4 мм².

При этом сечении сопротивление провода:

R_пров= =0,18 Ом

Вторичная нагрузка трансформатора тока будет равна: R_2расч = 0,024+ 0,18+ 0,1 = 0,3 Ом

Условия выбора и проверки ТТ на вводе к трансформаторам собственных нужд приведены в таблицах 8.5.

Трансформаторы тока проходят по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийных режимах.

Таблица 8.5 — Условия выбора и проверки ТТ на вводе РУ-10 кВ

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ Iдлит.доп	1600 А	1161,6 А
Кдин · 2I1ном ≥ iуд	-	41,996 кА
(Кт· I1ном)2 · tm ≥ В	6400 кА2· с	165 кА2· с
Z2ном ≥ Z2 ≈ r2	0,8 Ом	0,3 OM

б) Расчет нагрузок по фазам для трансформаторов тока на секционном выключателе приведен в таблице 8.6.

Таблица 8.6 – Расчет нагрузки трансформатора тока на секционном выключателе

Прибор	Тип	Нагрузка по фазам
		А	В	С
Амперметр	Э-335	0,5	–	–
		0,5	–	0

Наиболее загруженной является фаза А. К установке секционном выключателе принимаем трансформатор тока типа ТШЛП-10-1600УЗ [2]. Сопротивление измерительных проводов фазы А:

R_приб = =0,02 Ом

Максимально возможное сопротивление проводов при R_2ном = 0,8 Ом в классе точности 0,5:

R_пров = 0,8 — 0,02 — 0,05 = 0,37 Ом

Сечение соединительных проводов для схемы соединения трансформаторов тока в неполную звезду:

S_пров = =1,33 мм²

Принимаем S_пров = 4 мм². При этом сечении сопротивление провода:

R_пров = =0,242 Ом

Вторичная нагрузка трансформатора тока будет равна:

R_2расч = 0,02 + 0,05 + 0,242 = 0,312 Ом

Условия выбора и проверки ТТ на секционном выключателе приведены в таблице 8.7.

Таблица 8.7 - Условия выбора и проверки ТТ на секционном выключателе

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ Iдлит.доп	1000 А	495 А
Кдин √211ном ≥ iуд	-	41,996 кА
(Кт · I1ном)2 ·tm ≥ В	6400 кА2· с	165 кА2· с
Z2ном ≥ Z2 ≈ r2	0,8 Ом	0,312 Ом

Трансформаторы тока проходят по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийных режимах.

б) Расчет нагрузок по фазам для трансформаторов тока на отходящих линиях приведен в таблице 8.8.

Таблица 8.8 - Расчет нагрузки трансформатора тока отходящих линиях к трансформаторам 630 кВА

Прибор	Тип	Нагрузка по фазам
		А	В	С
Амперметр	Э-335	0,5	–	–
Счетчик активной и реактивной энергии	ЦЭ6850	0,1	–	0,1
Итого		0,6	–	0,1

Наиболее загруженной является фаза А. К установке на отходящих линиях к цеховым трансформаторам принимаем трансформатор тока типа ТЛ10-1-100 [2].

Сопротивление измерительных проводов фазы А:

R_приб = =0,024 Ом

Максимально возможное сопротивление проводов при R _2НОМ= 0,4 Ом:

R_пров = 0,4 - 0,024 - 0,05 = 0,326 Ом

Сечение соединительных проводов для схемы соединения трансформаторов тока в неполную звезду:

S_пров = =2,9 мм

Принимаем S_ПРОВ = 4 мм². При этом сечении сопротивление провода:

R_пров= = 0,24 Ом

Вторичная нагрузка трансформатора тока будет равна:

R_2РАСЧ = 0,024 + 0,24 + 0,05 = 0,32 Oм

Условия выбора и проверки ТТ на отходящих линиях приведены в таблице 8.9.

Таблица 8.9 – Условия выбора и проверки ТТ на отходящих линиях к цеховым трансформаторам

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ Iдлит.доп	100 А	51А
Кдин · √2I1ном ≥ iуд	128 кА	41,996 кА
(Кт· I1ном)2 · tm ≥ В	1200 кА2· с	165 кА2· с
Z2ном ≥ Z2 ≈ r2	0,4 Ом	0,32 Ом

Трансформаторы тока проходят по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийных режимах.

3.) Выбор трансформатора напряжения.

На каждую секцию подключаем трансформатор напряжения типа НТМИ-10-66УЗ [2]. К трансформатору напряжения подключаются обмотки следующих приборов: счетчики активной и реактивной энергии и вольтметры. Расчет вторичной нагрузки трансформатора напряжения приведен в таблице 8.10. Условия выбора и проверки трансформатора напряжения приведены в таблице 8.11.

Таблица 8.10 — Расчет вторичной нагрузки трансформатора напряжения

Наименование прибора	Тип прибора	Количество приборов	Нагрузка включенная между фазами
			АВ			ВС			СА
Вольтметр	Э-335	I	2	2	-		-	-		-
Счетчик активной и реактивной энергии	ЦЭ6828	I	2	2	2		22	-		-
Итого:			46

Таблица 8.11 — Условия выбора и проверки трансформатора напряжения

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Sном ≥ Sрасч	120 ВА	46 ВА

На вводе трансформатора напряжения необходимо установить предохранитель. Выбор производим в зависимости от номинального напряжения и рабочего тока [2]:

Выбираем плавкий предохранитель ПКН101-10-2-20У3.

Условия выбора и проверки предохранителя приведены в таблице 8.12.

Таблица 8.12 — Условия выбора и проверки плавкого предохранителя

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Uном.сети	10 кВ	10 кВ
Iном ≥ Ip	2 А	0,007 А

4). Выбор и проверка сборных шин РУ-10 кВ (ГПП).

Расчетный рабочий ток сборных шин принимаем равным длительному максимальному току в наиболее тяжелом режиме работы электроустановки.

Максимальный ток будет протекать по сборным шинам при отключении одной кабельной линии, т.е. Iдлитmax = 1161,6 А. по этому току проходят алюминиевые шины прямоугольного сечения 8x80мм [2] с Iдоп = 1320 А.

Эскиз расположения шин приведен на рисунке 8.2.

Рисунок 8.2 – Эскиз расположения шин

Где – а – расстояние между осями фаз, равное 0,35 м;

L – расстояние между осями опорных изоляторов вдоль фазы, равное 0,75 м

In – расстояние между прокладками , равное 0,45 м;

b – ширина шины, равная 8 мм;

h – высота шины, равная 80 мм.

Проверка шинной конструкции на динамическую стойкость в режиме короткого замыкания заключается в сравнении максимального напряжения в ней с допустимым значением. Допустимым является доп = 90 МПа [1].

Момент сопротивления шин определяем по формуле:

W=0,167 · b²· h, (8.7)

W=0,167 · 0,8² · 8 = 0,855 см³.

Наибольшее удельное усилие, приходящееся на 1 м длины шины:

Н/м (8.8)

где: K_ф — коэффициент формы;

К_расп — коэффициент взаимного расположения шин в плоскости.

Максимальное расчетное напряжение в материале:

(8.9)

МПа

Проверку шин на термическую стойкость проводим по полному току короткого замыкания в точке К2. Ранее был найден тепловой импульс В=305 кА²·с, тогда минимальное сечение шины по условию термической стойкости:

(8.10)

где С — расчетный коэффициент равный для алюминия 90 при начальной температуре 70° С по ГОСТ 52736-2007.

Smin = 143 мм²

Smin = (80х8) = 640 мм > 143 мм

Выбор и проверка сборных шин РУ-10 кВ приведены в таблице 8.13.

Таблица 8.13 — Условия выбора и проверки сборных шин РУ-10 кВ

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Iдлит.доп ≥ 1длит. max	1320 А	1161,6 А
σДОП≥σРАСЧ	90 МПа	54 МПа
S ≥ Smin	640 мм	143 мм

Сборные шины проходят по всем параметрам в нормальном, утяжеленном и аварийном режимах. По номинальному напряжению и роду установки для РУ-10 кВ принимаем опорные изоляторы типа ИОР-10-3,75УХЛ

Поправочный коэффициент на высоту шины при установке на ребро:

Наибольшая расчетная нагрузка на опорный изолятор:

Условия выбора и проверки опорных изоляторов приведены в таблице 8.14.

Таблица 8.14 - Условия выбора и проверки опорных изоляторов

Условия выбора и проверки	Номинальные параметры	Расчетные параметры
Uном ≥ Ином. сети	10 кВ	10 кВ
Fдоп = 0,6· Fразр≥ Ррасч	0,6 ·3,75=2,25 кН	0,944 кН

Опорные изоляторы проходят по всем параметрам.

5.) Проверка кабельных линий на термическую стойкость.

Минимальное сечение кабелей по условию термической стойкости производим по ГОСТ 650,1 36-2007 определяем по формуле 8.11.

- на кабельных линиях от ГПП до РУ-10 кВ, по точке к.з. К1:

В =22,397² ·(0,575+0,06) =318 кА²·с

Smin = , (8.11)

Smin = ²

где А_доп— соответствует допустимой температуре для кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена 250° С по ГОСТ 52736-2007 по кривым температуры нагрева;

А_нач— соответствует начальной температуре (рабочей) для кабелей с

изоляцией из сшитого полиэтилена 70° С по ГОСТ 52736-2007 по кривым температуры нагрева.

Т. е. на кабельных линиях от ГПП до РУ-10 кВ должны быть установлены кабели не менее 185 мм. Принимаем к установке по нагрузочному току на линиях от ГПП до РУ-10 кВ кабель марки АПвП 3(1х800) в каждой из двух линий.

На отходящих кабельных линиях от РУ-10 кВ:

Smin = ²

Т. е. на отходящих кабельных линиях от РУ-10 кВ должны быть установлены кабели не менее 128 мм. Принимаем к установке на отходящих линиях от РУ-10 кВ к цеховым трансформаторы кабели типа АПвП 3(1х150).

По экономической плотности тока:

Для Тм = 4591 [1] j = 1,2 А/мм ²

S_эк= 825 мм ²

Расчет выбора и проверки кабельных линий сведен в таблицу 8.15.

Таблица 8.15 — Выбор и проверка кабельных линий

Направление	Sном, мм2	Sтерм, мм2	Iрасч, мм2	Sэк, мм2	Sпр, мм2	Тип кабеля
ГПП-РУ-10 кВ	800	178	1161,6	825	800	АПвП 3(1х800)
РУ- тр-р 10 кВ	50,150	128	-	-	185	Не менееАПвП3(1х150)
РУ- двиг 10 кВ	50,185	62	-	-	70	Не менее АПвП3(1х70)