4.2 Выбор оборудования со стороны 10 кВ

Надежность и экономическая работа электрических аппаратов и токоведущих частей может быть обеспечена лишь при их правильном выборе по условиям работы как в динамическом (нормальном), так и в режиме короткого замыкания.

Для длительного режима аппараты и проводники выбирают по номинальному нагреву при длительном протекании тока, конструктивному исполнению, типу установки и условиям окружающей среды.

Выбор шин

При напряжении 10 кВ в электроустановках используют шины с прямоугольной площадью сечения. Шины выбирают по длительному допустимому току и проверяют на электродинамическую и термическую устойчивость.

I_доп. ≥ I_р.max (4.2)

540 ≥ 497

где: I_доп – допустимый ток; А

I_р.max – расчетный максимальный ток; А

Выбираем алюминиевые шины 40 х 5

Технические характеристики алюминиевых шин представлены в таблице 4.19

Таблица 4.19

Площадь поперечного сечения шин, мм	Длительно допустимые токовые нагрузки на окрашенные шины, А
40 х 5	540

Условия выбора по длительно допустимому току выполняются.

Проверяем шины на термическую и динамическую устойчивость

Проверяем шины на термическую устойчивость по условию

τ_н ≤ [τ ] (4.3)

где: τ_н – начальная температура, возникающая в шинах; ⁰С

[τ ] – допустимая температура при коротком замыкании; ⁰С

[τ ] = 200 ⁰С

Температура начального возникновения в шинах, находим по формуле:

τ_н = τ_ср + (τ_доп – τ_ср) ∙ (I_р.max / I_доп.)² (4.4)

где: τ_ср – температура окружающей среды, ⁰С

τ_ср = +25⁰С

τ_доп - допустимая температура при коротком замыкании; ⁰С

I_р.max – расчетный максимальный ток; А

τ_н = 25 + (200 – 25) ∙ (497 / 540)² = 198,8 ⁰С

τ_н = 198,8 ⁰С

[τ ] = 200 ⁰С

Условия на термическую устойчивость выполняются

Рассчитываем температуру шин при коротком замыкании по формуле:

ατ_к.з. = ατ_к. + (I_к.з./ F)² ∙ t_к.з (4.5)

где: ατ_к.з – температура короткого замыкания

ατ_к – справочные данные, ατ_к = 1 ∙ 10⁴

I_к.з – ток короткого замыкания; А

F - сечение шин, мм²

t_к.з – время протекания короткого замыкания; с

t_к.з = 1,5 с

ατ_к.з = 1 ∙ 10⁴ + (4787 / 200)² ∙ 1,5 = 10859 = 1,0859 ∙ 10⁴

При коротком замыкании температура составляет 130 ⁰С

Условия при коротком замыкании

ατ_к.з ≤ [τ ] (4.6)

ατ_к.з. = 130 ⁰С

[τ] = 200 ⁰С

Условия при коротком замыкании выполняются

На динамическую устойчивость не проверяем согласно правилам электроустановок ( ПУЭ).

Вывод: Так как все условия по выбору шин выполняются, значит, устанавливаем алюминиевые шины прямоугольного сечения 40 х 5.

Заменяем выключатели старого поколения типа ВМГ – 10 на выключатели вакуумные нового поколения.

Выключатели служат для включения и отключения электрических цепей под нагрузкой и автоматического их отключения при аварийных режимах.

Условия выбора выключателей представлены в таблице 4.20

Таблица 4.20

1. Номинальное напряжение равно напряжению сети	Uн = Uс
2. Ток номинальный должен быть больше, чем ток расчетный максимальный	Iн ≥ Iр.max
3. Ток термической устойчивости должен быть больше тока короткого замыкания в квадрате на время протекания короткого замыкания	I2t ≥ I(2)к.з.∙ tк.з.
4. Ток динамической устойчивости, должен быть больше ударного тока	imax ≥ iу
5. Ток отключения должен быть больше тока короткого замыкания.	Iотк ≥ Iк.з.

Выбираем вакуумный выключатель типа ВВ/TEL – 10 – 1600

Техническая характеристика выключателя ВВ/TEL – 10 – 1600 представлена в таблице 4.21

Таблица 4.21

Тип выключателя	Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Ток термической устойчивости, кА	Ток динамической устойчивости, кА	Время отключения, с
ВВ/TEL – 10 – 1600	10	1600	20	52	0,07

Составляем сравнительную таблицу

Таблица 4.22

Условия выбора	ВВ/TEL – 10 – 1600	Расчетные данные
Uн = Uс	10 кВ	10 кВ
Iн ≥ Iр.max	1600 А	497 А
I2t ≥ I(2)к.з.∙ tк.з.	52 кА	1,6128 кА
imax ≥ iу	20 кА	9,7 кА
Iотк ≥ Iк.з.	20 кА	4,8 кА

Вывод: Так как все условия по выбору выключателей выполняются, следовательно, устанавливаем выключатели ВВ/TEL – 10 – 1600 на отходящих линиях и в шкафу секционирования.

Выбираем трансформатор тока со стороны 10 кВ

Трансформаторы тока предназначены для подключения КИП и релейной защиты.

Условия выбора трансформаторов тока представлены в таблице 4.23

Таблица 4.23

1. Номинальное напряжение равно напряжению сети	Uн = Uс
2. Ток номинальный первичной обмотки должен быть больше, чем ток расчетный максимальный	I1.н ≥ Iр.max
3. ток динамической устойчивости должен быть больше тока короткого замыкания.	i откл. ≥ iк.з.

По условиям выбора выбираем трансформатор тока ТПОЛ – 10 – 0,5/Р, исходя из его технической характеристики.

Техническая характеристика трансформатора тока ТПОЛ – 10 – 0,5/Р представлена в таблице 4.24

Таблица 4.24

Тип трансформатора	Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток первичной обмотки, А	Ток динамической стойкости, кА	Ток термической стойкости, кА	Класс точности
ТПОЛ – 10 – 0,5/Р	10	600	17,6 – 35,2	2,8 – 10,1	0,5

Составляем сравнительную таблицу

Таблица 4.25

Условия выбора	ТПОЛ – 10 – 0,5/Р	Расчетные данные
Uн = Uс	10 кВ	10 кВ
I1.н ≥ Iр.max	600 А	497 А
i max ≥ Iк.з.	17,6 – 35,2	4,8 кА

Вывод: условия выбора выполняются. Значит, устанавливаем трансформатор тока типа ТПОЛ – 10 – 0,5/Р на каждую линию исходя из расчетных токов на каждой линии. С номинальным током первичной обмотки 100 А.

Выбираем трансформатор напряжения со стороны 10 кВ

Трансформатор напряжения предназначен для питания КИП и контроля изоляции. В сетях 10 кВ предусматривают трансформатор напряжения типа НТМИ – 10. Трансформатор масляный наружной установки с номинальным напряжением 10 кВ.

Условия выбора трансформатора напряжения представлены в таблице 4.26

Таблица 4.26

1. Номинальное напряжение равно напряжению сети

Uн.в. = Uс

Техническая характеристика трансформатора напряжения представлена в таблице 4.27

Таблица 4.27

Тип трансформатора	Номинальное напряжение обмотки высшего напряжения, кВ	Номинальное напряжение обмотки низшего напряжения; В	Класс точности
НТМИ – 10	10	100	0,5

Составляем сравнительную таблицу

Таблица 4.28

Условия выбора	НТМИ – 10	Расчетные данные
Uн.в. = Uс	10 кВ	10 кВ

Вывод: Условия выбора выполняются, следовательно, устанавливаем трансформатор напряжения типа НТМИ – 10 с классом точности 0,5. Выбираем трансформатор собственных нужд (ТСН)

Мощность трансформатора собственных нужд будет равна 10 % мощности силового трансформатора.

S_тсн = 10% S_н (4.7)

где: S_н – номинальная мощность силового трансформатора, кВ∙ А

S_н = 6300 кВ∙ А

S_тсн – мощность трансформатора собственных нужд

S_тсн = 10% от 6300 = 630 кВ∙ А

Техническая характеристика трансформатора собственных нужд типа

ТМ – 630/10 представлена в таблице 4.29

Таблица 4.29

Тип трансформатора	Номинальная мощность, кВА	Напряжение высшей обмотки, кВ	Напряжение низшей обмотки, кВ	Потери при коротком замыкании, Вт	Ток холостого хода, А
ТМ – 630/10	630	10	0,4	7600	2,1

Вывод: Для подстанции принимаем два силовых трансформатора собственных нужд типа ТМ – 630/10, подключенных к вводу. Для защиты трансформаторов предусматриваем предохранители.

Выбираем предохранители

Предохранитель – это устройство, автоматически прерывающее электрическую цепь при превышении максимально допустимого значения силы тока в ней (короткое замыкание)

Условия выбора предохранителей представлены в таблице 4.30

Таблица 4.30

Номинальный ток плавкой вставки

Iн.пл ≤ Iр

I_р = 0,1∙S_н/√3∙U_2н (4.8)

I_р = 630/1,73 ∙10 = 36,4

I_р ∙ I_в (4.9)

где I_в – коэффициент вставки(1,5 – 3) если не удовлетворяет условию I_н.пл ≤ I_р

I_р – ток расчетный; А

36,4 ∙2 = 72,8 ≈ 73 А

Условие выполняется, значит, для защиты трансформаторов собственных

нужд будут использоваться предохранители ПК – 10/100 с номинальным

током плавкой вставки I_н.пл = 75 А

Технические данные предохранителей представлены в таблице 4.31

Таблица 4.31

Тип предохранителя	Номинальное напряжение, кВ	Номинальный ток, А	Максимальная мощность, МВА	Ток плавкой вставки, А
ПК – 10/100	10	100	200	75

Вывод: Предохранители соответствуют требованиям по защите ТСН.

5 Релейная защита силового трансформатора

Релейной защитой называют автоматическое устройство, состоящее из одного или нескольких приборов – реле, которые реагируют на изменение режима в каком – либо участке электрической цепи и подают импульс на отключение данного участка или на сигнализацию.

1. Газовая защита

Газовая защита основана на использовании явления газообразования в баке поврежденного трансформатора. Интенсивность газообразования зависит от характера и размеров повреждения. Это дает возможность выполнить газовую защиту, способность различать степень повреждения в зависимости от этого действовать на сигнал или отключение.

Основным элементом газовой защиты является реле газовое реле, установленное в маслопроводе между баком и расширителем.

Газовое реле трансформатора представлено на рисунке 5.1

Рисунок 5.1 Газовое реле трансформатора

1, 2 - чашки; 3 - контакт; 4, 9, 16 - стойки; 5 - спиральная пружина; 6 - сборочное кольцо; 7, 8 - держатели; 10 - скобообразная стойка; 11 - отключающая пластана; 12, 13 - оси; 14 - прокладка; 15 - выступ; 17 - рычаг; 18 - пластина; 19, 20, 21, 22 - экраны; 23 - кран; 24 - смотровое стекло; 25 - пробка; 26 - коробка выводов

Достоинства газовой защиты:

1. Высокая чувствительность

2. Реагирует практически на все виды повреждений внутри бака.

3. малое время срабатывания.

4. Простота выполнения.

Недостатки газового реле:

1. Не реагирует на повреждения вне бака, в зоне между трансформатором и выключателем.

2. Может действовать ложно при попадании воздуха в бак трансформатора.

Максимальная токовая защита (МТЗ)

Использование этой защиты объясняется ее простым устройством и меньшей стоимостью по сравнению с другими типами защит

МТЗ с выдержкой времени предусматривает от внешних коротких замыканий

Рассчитаем время срабатывания защиты:

t_с.з. > t_с.з отх. ВЛ -10

Ток срабатывания защиты рассчитаем по формуле:

I_с.з. = К_н ∙ I_р.max (5.1)

где: I_с.з. – ток срабатывания защиты, А

I_р.max – ток расчетный, А

I_р.max = 497 А

К_н = коэффициент надежности

К_н = 1,3

I_с.з. = 1,3 ∙ 497 = 646,1 А

Определяем ток срабатывания реле:

I_с.р. = I_с.з ∙ К_с.х. / К_тт (5.2)

где: I_с.р. – ток срабатывания реле, А

К_с.х. – коэффициент схемы

К_тт – коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации находим по формуле:

К_тт = I_1н /I_2н (5.3)

где: К_тт – коэффициент трансформации

I_1н – первичный номинальный ток, А

I_2н – вторичный номинальный ток, А

К_тт = 500 / 5 = 100

I_с.р. = 646,1 ∙ 1 / 100 = 6,46 А

Выбираем реле типа РТ40/10 при последовательном соединении катушек

пределы уставок от 2,5 – 5, с током номинальным реле = 16А. При параллельном соединении катушек пределы уставок от 5 – 10. Окончательно принимаем ток уставки равный 5 А.

Уточняем:

I_с.р. = I _уст. ∙ К_тт / К_с.х (5.4)

I_с.р. = 5 ∙ 100 / 1 = 500

Определяем время срабатывания защиты:

t_с. = t_{с.з отх. ВЛ -10} + ∆t (5.5)

где: t_с.з – время срабатывания защиты ( 1,5 с)

∆t – ступень селективности (0,5 с)

t_с. = 1,5 + 0,5 = 2 с

Вывод: защита действует на отключение трансформатора.

2. Токовая отсечка

Токовую отсечку принимают в случае, когда необходимо быстро отключить поврежденный участок

Рассчитываем ток со стороны 110 кВ по формуле:

I = S _р.max / √ 3 ∙ U_1н (5.6)

I = 8598,1 / 1,73 ∙ 110 = 45,1 А

Находим коэффициент трансформации

К_тт = I_1н /I_2н (5.7)

К_тт = 50 / 5 = 10

Находим ток срабатывания отсечки

I_с.о. = К_н ∙ I_к.з / К_т. (5.8)

где: К_н – коэффициент надежности

К_н = 1,2

I_к.з – ток короткого замыкания в точке К₂, А

I_к.з = 4787 А

К_т = U_1н / U_2н (5.9)

К_т = 110 / 10 = 11

I_с.о. = 1,2 ∙ 4787 / 11 = 574,44 А

Находим ток срабатывания реле:

I_с.р. = I_с.о / К_т (5.10)

I_с.р. = 574,44 / 10= 57,44 А

Выбираем реле типа РТ40/100 при последовательном соединении катушек пределы уставок от 25 – 30, с током номинальным реле 25А. При параллельном соединении катушек пределы уставок от 50 – 100 А. Окончательно принимаем ток уставки равный 50 А.

Уточняем:

I_с.р. = I _уст. ∙ К_тт / К_с.х (5.11)

I_с.р. = 50 ∙ 10 / 1 = 500 А

Проверяем на чувствительность:

К_чув. > 2

К_чув. = I_{к.з. (110)} / I_с.о (5.12)

К_чув. = 4787 / 500 = 9,574

Вывод: Защита чувствительна

6 Организация строительно-монтажных работ

Общие требования к организации СМР

6.1 Мероприятия подготовительного этапа. В СНиП 3.01.01-85 выдвинуто требование "строительство каждого объекта допускается осуществлять только на основе предварительно разработанных решений по организации строительства и технологии производства работ, которые должны быть приняты в проекте организации строительства и проектах производства работ".

1. Исполнитель

До начала СМР исполнитель должен:

• изучить проектно-сметную документацию и детально ознакомиться с условиями производства работ;

• разработать проект производства работ или получить его от заказчика, если он разработан другой проектной организацией. Если работы по монтажу ИСБ производятся при новом строительстве объекта, то у генерального подрядчика должен быть проект организации строительства, обязательный для исполнителя работ по монтажу ИСБ;

• сформировать комплексные или специализированные бригады, обеспечить работников необходимыми средствами индивидуальной защиты и инструментом;

• завести на объект специальный журнал учета выполненных работ. Если работы по созданию ИСБ выполняются на условиях подряда у генерального подрядчика, то на объекте генеральным подрядчиком заводится общий журнал работ, журнал авторского надзора проектных организаций и журнал технического надзора, а у субподрядчиков специальные журналы по отдельным видам работ;

• провести входной контроль оборудования и материалов, предназначенных для монтажа на объекте в соответствии с требованиями ГОСТ 24297-87 "Входной контроль продукции. Основные положения";

• провести макетирование ИСБ, если это оговорено в договоре на создание ИСБ