4. Ток динамической стойкости выключателя (мгновенное значение)

(46)

где - ударный ток к. з. установки (мгновенное значение тока).

5. Ток термической стойкости выключателя (действующее значение) в течение времени термической стойкости должен удовлетворять неравенству:

, (47)

где - интеграл Джоуля тока к. з., характеризующий количество теплоты, кА²*с;

, (48)

где - максимальный ток к.з. в точке расположения выключателя, А;

- время протекания тока КЗ, с.

, с (49)

минимальное время действия защиты, с

- собственное время отключения выключателя, с

(А²∙с)

=20000² ∙1=4∙10⁸ А²*с 118533844 А²∙с

6. Номинальный ток отключения выключателя

, (50)

где расчетное значение тока отключения (принимается равным расчетному значению тока в нормальном режиме работы ).

7. Номинальный ток включения выключателя:

, (51)

где расчетное значение тока включения (принимается равным периодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени ).

2.13 Выбор предохранителей 10 кВ трансформатора

Плавкие предохранители применяются для защиты трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ от токов короткого замыкания.

Предохранитель – это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышающего определённое значение.

Предохранители выбирают:

1. По напряжению:

, (52)

где - номинальное напряжение предохранителя, кВ

10 кВ 10 кВ

2. По длительному току:

, (53)

, А (54)

(А).

где, - номинальный ток предохранителя, А;

номинальная мощность трансформатора, кВА.

32,4 А 40 А

3. По номинальному току отключения:

(55)

где периодическая составляющая ожидаемого тока КЗ (принимается равной периодической составляющей тока КЗ в начальный момент времени ).

По расчетным данным выбираем высоковольтные предохранители с кварцевым наполнителем ПКТ104-10-100-40УЗ для трансформатора номинальной мощностью 400 кВА.

2.14 Выбор сборных шин 10 кВ

В закрытых распределительных устройствах 10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами.

2.15 Выбор сечения шин по нагреву (по допустимому току)

Выбор сечения шин по нагреву (по допустимому току) производится по условию:

I _доп  I _р.max , (56)

где I _доп – допустимый ток для шины данного сечения и материала, А:

I _{р max} – максимальный длительный ток нагрузки, А.

Для существующей схемы электроснабжения 10 кВ максимальный ток, протекающий по сборным шинам 10 кВ I _{р max} = 50 А.

Выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения, одна полоса на каждую фазу размером 30*4 мм, расположенные горизонтально большой гранью полосы в горизонтальной плоскости.

Расположение шин в плоскости представлено на рисунке

Взаимное расположение шин прямоугольного сечения

Рисунок 11

Характеристики данных шин представлены в таблице.

Таблица 5 -Характеристики алюминиевых шин прямоугольного сечения

Размеры шины, , мм.	Сечение полосы, мм 2	Допустимый ток, А
30×4	120	365

2.16 Проверка шин на термическую стойкость

Проверка шин на термическую стойкость при к. з. производится по условию:

q  q_{min ,} (57)

где q – выбранное сечение, мм².

q_{min -} минимальное термически стойкое сечение, мм²

, (58)

г де В_к – тепловой импульс к. з., кА²*с

, кА²*с (59)

где Т_а – постоянная времени отключения цепи, с

Т_а = 0,005 с

t_откл= t_ов + t_рз – полное время отключения выключателя, с

t_откл = 1,16 (c)

c – функция, зависящая от перегрева, с = 90 (А²*с/мм²)

(кА²с);

(мм²);

q = 120 мм²  q_min = 84,6 (мм²).

2.17 Проверка шин на электродинамическую стойкость

Проверка на электродинамическую стойкость производится по условию:

_расч < _доп , (60)

где _расч - расчетное механическое напряжение в материале шины, МПа

_расч = М_мах/W, МПа (61)

где М_мах – максимальный изгибающий момент, кН*м

кН*м (62)

где F_мах – максимальная сила, действующая на шину, кН

l – длина пролета между опорными изоляторами, l=1 м.

кН (63)

где а – расстояние между шинами,

а = 0,3 м:

l – длина пролета между опорными изоляторами, l = 1 м.

М омент сопротивления шин относительно оси, м³

, м³ (64)

.

где b - толщина шины, см;

h - ширина шины, см.

201,5 (МПа).

Для шин из алюминиевого сплава АВТ1 допустимое напряжение материала:

_доп = 213 (МПа);

_расч =201,5 МПа < _доп =213 (МПа) [1].

Проверка на корону проводится только для гибких проводников 35 кВ и выше.

Сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

К установке принимаются шины из алюминиевого сплава марки АВТ1 размером 30∙4 мм.

2.18 Выбор опорных изоляторов 10 кВ

Опорные изоляторы выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению:

U_уст ≤ U_ном . (65)

где U_уст – напряжение электроустановки, кВ

U_ном – номинальное напряжение изолятора, кВ

2) по допустимой нагрузке:

F_расч ≤ F_{доп .} (66)

где F_расч – сила, действующая на изолятор, Н;

F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, Н.

F_доп = 0,6 F_разр. (67)

где F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, Н.

Для крепления шин 10 кВ применяются опорные изоляторы для внутренней установки типа ИО-10-3,75 УЗ с F_разр= 3750 Н.

F_расч = , Н (68)

F_расч = =570,63 (Н).

F_расч < 0,6∙F_разр, (69)

570,63 Н 0,6∙3750= 2250 Н.

Окончательно выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3.

2.19 Выбор распределительных панелей 0,4 кВ

К установке в РУ-0,4 кВ принимаем распределительные панели ЩО-70 У3.

Панели распределительные серии ЩО-70 У3, предназначены для комплектования щитов распределительных устройств трехфазного переменного тока напряжением 380/220 В частотой 50 Гц сетей с глухозаземлённой или изолированной нейтралью, устанавливаются в электропомещениях и служат для приема, распределения электроэнергии, и защиты от перегрузки и токов короткого замыкания отходящих линий.

Изготовляемые панели ЩО70 У3 имеют единую для всех исполнений высоту – 2050 мм, глубину – 600 мм и заменяют собой весь изготовляемый ранее и в настоящее время в странах СНГ модельный ряд: ЩО70-1 У3, ЩО70-2 У3, ЩО70-3 У3 и ЩО70-4 У3.

Щиты распределительных устройств комплектуются из вводных, линейных, секционных и торцевых панелей одностороннего обслуживания.

Таблица 6-Технические параметры панели ЩО70

Наименование параметров		Значение параметра
Номинальное напряжение, В		380/220
Номинальный ток сборных шин,		600
А
Ток короткого замыкания, выдерживаемый сборными шинами в течение 3 сек, кА		50
Наличие изоляции токоведущих шин главных цепей		С неизолированными шинами
Условия обслуживания		Одностороннее

Панели ЩО70 предназначены для работы в следующих условиях:

- в закрытых распределительных устройствах (ЗРУ) внутри помещений;

- температура окружающего воздуха в помещении распределительного устройства:

- максимальная - плюс 40°С;

- минимальная - минус 5°С;

- относительная влажность: не более 50% при максимальной температуре 40°С; при более низких температурах допускается более высокая влажность – при 20°С до 90%;

- высота установки ЩО70 над уровнем моря не более 2000 м; в случае установки на высоте над уровнем моря свыше 1000 м следует учитывать снижение диэлектрической прочности изоляции и охлаждающего действия воздуха;

- окружающая среда - не взрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных газов или паров в концентрациях, разрушающих металлы и изоляцию;

- номинальный режим работы - продолжительный;

- рабочее положение в пространстве – вертикальное.

Конструктивное исполнение

Панель ЩО70 представляет собой сварную металлоконструкцию из гнутых стальных профилей. Внутри панели размещается аппаратура главных цепей. На дверях линейных панелей, в которых устанавливаются автоматические выключатели, выполняются отверстия под рукоятки управления выключателями. Доступ к панели обеспечивается через дверь, которая закрывается замком с ключом. Торцы блока распределительного устройства ограждаются защитными торцевыми панелями.

Структура условного обозначения панелей ЩО-70-06УЗ

ЩО – тип панели распределительной;

70 - номер серии;

18 - номер схемы первичных соединений панели;

У3 - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ 15150.

Панель ЩО-70-06УЗ

Рисунок 12

2.20 Выбор сборных шин 0,4 кВ

В закрытых распределительных устройствах 0,4 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами.

2.21 Выбор сечения шин по нагреву (по допустимому току)

Выбор сечения шин по нагреву (по допустимому току) производится по условию:

I _доп  I _р.max , (70)

где I _доп – допустимый ток для шины данного сечения и материала, А:

I _{р max} – максимальный длительный ток нагрузки, А.

Максимальный ток, протекающий по сборным шинам 0,4 кВ, принимаем равным номинальному току трансформатора ТМГ-400/10 У1 (ХЛ1)

I _{р max} = 576 А.

Выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения, одна полоса на каждую фазу размером 50∙5 мм, расположенные горизонтально большой гранью полосы в горизонтальной плоскости.

Максимальный ток, протекающий по ошиновке ячеек 0,4 кВ отходящих фидеров, принимаем равным максимальному току отходящего фидера 0,4 кВ I_ф1 = 202 А.

Выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения, одна полоса на каждую фазу размером 30*4 мм, расположенные горизонтально большой гранью полосы в горизонтальной плоскости.

Расположение шин в плоскости представлено на рисунке 13.

Рисунок 13

Характеристики данных шин представлены в таблице

Таблица 7-Характеристики алюминиевых шин прямоугольного сечения

Размеры шины, , мм.	Сечение полосы, мм 2	Допустимый ток, А
50×5	250	665
40×5	200	540

2.22 Проверка шин на термическую стойкость

Проверка шин на термическую стойкость при к. з. производится по условию:

q  q_min. (71)

где q – выбранное сечение, мм².

q_{min -} минимальное термически стойкое сечение, мм²

(72)

,

г де В_к – тепловой импульс к. з., кА²*с

где Т_а – постоянная времени отключения цепи, с

Т_а=0,005 с

t_откл= t_ов + t_рз – полное время отключения выключателя, с

t_откл = 1,16 c

c – функция, зависящая от перегрева, с = 90 А²*с/мм²;

(кА²с);

(мм²);

q₁ = 250 мм²  q_min = 151,5 (мм²);

q₂ = 200 мм²  q_min = 151,5 (мм²).

2.23 Проверка на электродинамическую стойкость

Проверка на электродинамическую стойкость производится по условию:

_расч < _доп , (73)

где _расч - расчетное механическое напряжение в материале шины, МПа:

_расч = М_мах/W, (74)

где М_мах – максимальный изгибающий момент, кН∙м:

(75)

где F_мах – максимальная сила, действующая на шину, кН:l – длина пролета между опорными изоляторами, l=0,7 м.

(76)

где а – расстояние между шинами,

а=0,2 м:

l – длина пролета между опорными изоляторами, l=1 м.

(кН∙м)

Момент сопротивления шин относительно оси, м^3,

где b - толщина шины, см;

h - ширина шины, см.

;

6,7 (МПа);

(МПа).

Для шин из алюминиевого сплава АД0 допустимое напряжение материала:

_доп = 48 (МПа);

_расч1 =6,7 МПа < _доп =48 (МПа);

_расч2 =10,4 МПа < _доп =48 (МПа).

Проверка на корону проводится только для гибких проводников 35 кВ и выше.

Сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

К установке в качестве сборных шин 0,4 кВ принимаются шины из алюминиевого сплава марки АД0 размером 50*5 мм.

К установке в качестве ошиновки ячеек 0,4 кВ отходящих фидеров принимаются шины из алюминиевого сплава марки АД0 размером 40*5 мм.

2.24 Выбор опорных изоляторов 0,4 кВ

Опорные изоляторы 0,4 кВ выбираются по следующим условиям:

1) по номинальному напряжению:

U_уст ≤ U_ном , (77)

где U_уст – напряжение электроустановки, кВ

U_ном – номинальное напряжение изолятора, кВ

2) по допустимой нагрузке:

F_расч ≤ F_доп , (78)

где F_расч – сила, действующая на изолятор, Н;

F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, Н.

F_доп = 0,6 F_разр , (79)

где F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, Н.

Для крепления шин 0,4 кВ применяются опорные изоляторы для внутренней установки типа ИО-1-2,5У1 с F_разр= 2500 Н.

Изолятор опорный ИО-1/2,5У1

Условное обозначение изоляторов типа ИО:

И – изолятор;

О – опорный;

1– номинальное напряжение, кВ;

2,5 – минимальная разрушающая сила на изгиб, кН;

У – климатическое исполнение;

1 – категория размещения.

Масса – 0,57 кг

F_расч = , Н ; (80)

F_расч = = 282,82 (Н).

F_расч < 0,6∙F_разр, (81)

282,82 Н 0,6∙2500 = 1500 Н.

Окончательно выбираем опорный изолятор ИО-1-2,5У1.

2.25 Выбор автоматических выключателей 0,4 кВ

Автоматический выключатель – это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для проведения тока цепи в нормальных режимах и для автоматического отключения электроустановок при перегрузках и токах короткого замыкания, чрезмерных понижениях напряжения и других аварийных режимах.

Преимущество автоматических выключателей перед плавкими предохранителями состоит в том, что они обладают многократностью действия. После срабатывания плавкого предохранителя требуется замена плавкой вставки. Автоматический же выключатель после устранения причины срабатывания можно подготовить для повторной работы нажатием на кнопку или поворотом рукоятки.

Автоматические выключатели применяются не только для отключения приемников при токах короткого замыкания, но и для нечастых включений и отключений их вручную при нормальной работе. Возникающая при размыкании цепи электрическая дуга гасится в воздухе или масле. В зависимости от этого автоматические выключатели называются воздушными или масляными. В цепях с напряжением до 500 В применяются в основном воздушные выключатели.

Автоматические выключатели устанавливаются на стороне 0,4 кВ ТП 10/0,4 кВ на каждую линию.

Основными показателями при выборе автоматических выключателей являются:

• номинальное напряжение;

• максимальный рабочий ток;

• отключающая способность (ток короткого замыкания).

2.26 Номинальное напряжение

Номинальное напряжение автоматического выключателя - это напряжение на которое рассчитан сам автомат. Не зависимо от места установки напряжение автоматического выключателя U_ав должно быть равным или большим номинальному напряжению сети U_с

U_ав ≥U_с . (82)

2.27 Максимальный рабочий ток автоматического выключателя

Выбор автоматического выключателя по максимальному рабочему току заключается в том, чтобы номинальный ток автоматического выключателя (номинальный ток расцепителя) I _{авт ном} был больше или равен максимальному рабочему (расчетному) току I_макс , который может длительно проходить по защищаемому участку цепи с учетом возможных перегрузок:

I _{авт ном}  ≥ I_макс . (83)

2.28 Отключающая способность автоматического выключателя

Выбор автоматического выключателя по номинальному току отключения сводится к тому, чтобы ток который автомат способен отключить I_{ном откл} был больше тока короткого замыкания I_кз в точке установки аппарата

I_{ном откл} ≥ I_кз . (84)

Для ВЛИ-0,4 кВ фидера «Декабристов» I_кз3 = 1,3 кА

Для ВЛИ-0,4 кВ фидера «Транспортная, Мира» I_кз4 = 1,7 кА

Выбор автоматических выключателей отходящих фидеров 0,4 кВ осуществляем также с учетом значения длительно допустимого тока ВЛИ-0,4 кВ фидера «Декабристов» и ВЛИ-0,4 кВ фидера «Транспортная, Мира».

Для СИП 2А 3x95+1x95 – I_дд = 300 А.

Выбор вводного автоматического выключателя 0,4 кВ от трансформатора осуществляем с учетом суммарного тока нагрузки ТП и I_кз2 = 10,925 кА.

Для установки принимаем токоограничивающие силовые автоматические выключатели 0,4 кВ в литом корпусе компании «АВВ».

Для ВЛИ-0,4 кВ фидера «Декабристов» - SACE Tmax XT4 N250

Для ВЛИ-0,4 кВ фидера «Транспортная, Мира» - SACE Tmax XT4 N160

Вводной автоматический выключатель 0,4 кВ от трансформатора - SACE Tmax XT4 N160

Таблица 8-Технические характеристики автоматических выключателей

Параметры		SACE Tmax XT4	SACE Tmax XT4		SACE Tmax XT4
		N250	N160		N400
Типоразмер		250	160		400
Полюса		3	3		3
Номинальное рабочее напряжение, Uном, В		690	690		690
Номинальное напряжение изоляции, Ui, В		1000	1000		1000
Номинальное импульсное выдерживаемое напряжение,		8	8		8
Uimp, кВ
Расцепители защиты		Термомагнитный	Термомагнитный		Термомагнитный
Максимальный рабочий ток I авт ном , А		250	160		400

Продолжение таблицы 8

Номинальная предельная отключающая способность Iном откл, кА	36	36	36
Механическая износостойкость (количество циклов)	2500	25000	25000

Автоматический выключатель SACE Tmax XT4

Рисунок 14

Все автоматические выключатели в литом корпусе серии SACE Tmax XT обладают следующими конструктивными характеристиками:

- двойная изоляция

- прямое управление

- пригодность к разъединению

- электромагнитная совместимость

применение в условиях тропического климата

- ударо и виброустойчивость

- возможность запитывания как через верхние, так и через нижние выводы,

- универсальность монтажа; выключатели могут устанавливаться в горизонтальном, вертикальном или в боковом положении без какого-либо снижения номинальных характеристик;

- номинальные характеристики не изменяются при эксплуатации на высотах до 2000 м над уровнем моря;

- автоматические выключатели SACE Tmax XT могут использоваться при температуре окружающей среды от -25 до +70 °C и храниться при температуре окружающей среды от -40 до +70 °C.

- все автоматические выключатели серии XT оснащены кнопкой тестирования для проверки срабатывания; этот тест должен выполняться на выключателе в замкнутом состоянии при отсутствии тока в главной цепи.

2.29 Светотехнический расчёт трансформаторной подстанции

Целью светотехнического расчета является разработка рекомендаций по расположению оптимального количества светильников нужного типа в помещении для создания комфортных, удовлетворяющих всем нормам условий пребывания человека.

По методу коэффициентов использования необходимое количество светильников N в осветительной установке определяется с помощью формулы [8]:

, (85)

где E_Н – нормативный уровень освещенности, лк;

S – площадь помещения, м²;

К_З – коэффициент запаса;

K_И – коэффициент использования;

Ф_Л – световой поток светильника.

Основным критерием, по которому определяется необходимое количество осветительных приборов, является нормируемый уровень освещенности E_Н. Этот показатель для расчетного помещения по СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 составляет 400 лк.

E_Н = 400 лк.

Площадь помещения определим по формуле:

, (86)

где a – длина помещения, м;

b – ширина помещения, м.

Площадь помещения, в котором расположены РУ-10 кВ и РУ-0,4 кВ равна:

S₁ = 5 ∙ 2,5 = 12,5 (м²).

 

Площадь помещения камеры трансформатора равна:

S₂ = 1,3 ∙ 2,5 = 3,25 (м²). 

Коэффициент запаса К_З для данных типов помещений в соответствии с СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03 принимаем равным 1,25.

К_З = 1,25.

Коэффициент использования K_И характеризует эффективность использования светового прибора в помещении. Для его определения необходимо знать индекс помещения φ.

Рассчитываем индекс помещения:

  , (87)

где h₁ – высота помещения, м;

h₂ – высота расчетной поверхности, м

φ₁ = 12,5/(2,2-1,5)∙(5+2,5) = 2,38.

φ₂ = 3,25/(2,2-1,5)∙(5+2,5) = 8,62.

К установке принимаем  светодиодные светильники пылевлагозащищенные «Ковчег СДПП-236.01».

Светильник «Ковчег СДПП-236.01» предназначен для освещения производственных помещений, подсобные помещений, а также лабораторий, гаражей и т.п.

Конструкция рассеивателя светильника гарантирует оптимальное распределение светового потока. Призматические насечки на внутренней стороне рассеивателя обеспечивают низкие световые потери и оптимальное светораспределение. Светильник снаружи полностью гладкий, что позволяет его легко и удобно чистить.

Светильник имеет степень защиты IP 65, которая обеспечивается плотно стыкующимися краями крышки и корпуса, а также полиуретановой прокладкой, установленной в канале по периметру.

Накладной светильник  специально разработан  для монтажа не только к бетонным и оштукатуренным потолкам, потолкам из гипсокартона и других современных материалов, но также может крепиться на стену и отвесные поверхности. Потребление электроэнергии в 2-3 раза меньше, чем у комплекта ламп дневного света (2∙36 Вт).

Устойчив к перепадам напряжения. Не нуждается в обслуживании, в том числе, в замене ламп и их утилизации (экологичен). Срок службы более 7 лет. Гарантийный срок – 3года. Высокое качество света: отсутствует вредная ультрафиолетовая составляющая спектра. Отсутствует стробоскопический эффект. Моментальное включение.

Таблица 9-Технические характеристики светильника «Ковчег СДПП-236.01»

Световой поток светодиодных модулей, Лм	2960
Цвет свечения белого	Дневной
Потребляемая мощность, Вт	32
Напряжение питания, В	176 – 264
Ресурс круглосуточной работы, мес.	65 000 (7 лет)
Количество светодиодов, шт.	72
Марка светодиодов	Samsung
Коэффициент пульсации	1%
Материал рассеивателя	Полистирол
Коэффициент потерь рассеивателя	8 %
Коэффициент мощности	0,97
Цветовая температура, К	5000
Индекс цветопередачи, CRI	80
Габаритные размеры, мм	1270х105х90
Тип установки	накладной
Масса, кг	1,4
Потребляемый ток, А	0,15
Степень защиты, IP	65
Температура окружающей среды, оС	-40 +50
Гарантийный срок эксплуатации, мес.	36

Внешний вид светильника «Ковчег СДПП-236.01»

Рисунок 15

Найдем коэффициенты использования светильника «Ковчег СДПП-236.01» для данных помещений: K_И1 = 2,1, K_И2 = 2,3.

Определяем требуемое количество светильников:

N₁ = 400∙12,5∙1,25/2,1∙2960 = 1,005.

N₂ = 400∙3,25∙1,25/2,3∙2960 = 0,24.

Для данных помещений принимаем к установке по одному светильнику «Ковчег СДПП-236.01».