2.4.5 Расчет токов короткого замыкания в точке к 2.
Для
расчета тока короткого замыкания в
точке К 2, необходимо "свернуть"
схему замещения (рисунок 3), для определения
результирующего сопротивления.
Рисунок 5 - схема замещения относительно точки К 2, ее преобразование (а) и итоговая схема замещения (б) для расчета междуфазного короткого замыкания.
С1,
С2
C1,
С2
X16
X13
К
2
X15
X14
К
2
37
кВ
б
а
Далее рассчитывает токи короткого замыкания в точке К 2
Точка КЗ |
К 2 |
|
Т 1 |
Т 2 |
|
|
1000 |
1000 |
|
37 |
37 |
Источники |
С1, С2 |
С1, С2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,0 |
|
|
|
|
1,65 |
1,65 |
|
0,03 |
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.4.6 Расчет токов короткого замыкания в точке к 3.
Для расчета тока короткого замыкания в точке К 3, необходимо "свернуть" схему замещения (рисунок 3), для определения результирующего сопротивления.
С1,
С2
К
3
X18
С1,
С2
X16
б
X9
К
3
X10
10
кВ
Рисунок 6 - схема замещения относительно точки К 3, ее преобразование (а) и итоговая схема замещения (б) для расчета междуфазного короткого замыкания.
Точка КЗ |
К |
|
Т 1 |
Т 2 |
|
|
1000 |
1000 |
|
10 |
10 |
Источники |
С1, С2 |
С1, С2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1,0 |
1,0 |
|
|
|
|
1,65 |
1,65 |
|
0,03 |
0,03 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.5 Выбор электрических аппаратов и токоведущих частей.
2.5.1 Выбор шин 110 кВ. Ошиновка в распределительных устройствах выполняется сборными жесткими шинами и сталеалюминевыми проводами (гибкая ошиновка). Выбор сечения шин производится по длительно допустимому току при условии
где
- максимальный рабочий ток трансформатора;
а
- длительно допустимый ток.
Максимальный рабочий ток на шинах 110 кВ определяется по формуле
где
- активная нагрузка, кВА;
а - среднее напряжение на шинах подстанции, кВ, (принято 118 кВ);
-
коэффициент мощности, (принят 0,8).
Активная нагрузка рассчитывается по формуле
где
- номильная мощность одного трансформатора,
КВА;
- количество трансформаторов.
По формуле (3.21)
Принимается провод марки АС - 150/19 (сталеалюминевый провод номинальным сечением 150 мм2, из которого сечение стали составляет 19 мм2).
Таблица 4 - Характеристики провод АС -150/19
Марка провода |
Наружный диаметр, мм |
Токовая нагрузка, А |
Масса, кг/км |
АС -150/19 |
16,8 |
450 |
471 |
Принимается жесткая алюминиевая шина размерами 40x 5 мм
Таблица 5 - Характеристики алюминиевой шины 40 x 5 мм
Размер шины, мм |
Сечение шины, мм2 |
Масса, кг/м |
Допустимый ток, А |
40 x 5 |
200 |
0,54 |
540 |
Проверка шин на термическую стойкость производится по допустимому минимальному сечению исходя из условия
где
- минимально допустимое сечение, мм2;
-
выбранное сечение, мм2.
Минимально допустимое сечение рассчитывается по формуле
где
- поправочный коэффициент, (для алюминиевых
шин
);
-
тепловой импульс, кА2с.
Тепловой
импульс рассчитывается по формуле
где
- ток трехфазного короткого замыкания,
кА;
а
- время действия защиты, с, (принято 1 с);
- постоянная времени затухания, с, (
с).
Проверка жестких шин на механическую прочность производится исходя из условия
где
- расчетное механическое напряжение в
материале шин, МПа;
- допустимое механическое напряжение
в материале шин. Для алюминиевых шин
оно составляет 70 МПа.
Расчетное механическое напряжение в материале шин определяется по формуле
где
- наибольшее удельное усилие при
трехфазном коротком замыкании, Н/м;
- пролет, расстояние между соседними
опорными изоляторами (принято 2 м);
- момент сопротивления шины относительно
оси, перпендикулярно действию усилия,
см3.
Наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании определяется по формуле
где
- коэффициент формы;
- расстояние между осями шин, м;
- ударный ток трехфазного короткого
замыкания, А.
Коэффициент формы равняется 1 при условии
где - расстояние между осями шин, мм;
- размеры поперечного сечения шины, мм.
Принимаем коэффициент формы, равный 1.
По формуле (3.33)
Момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярно действию усилия, определяется по формуле
По формуле (3.32)
Полученное значение подставляется в условие (3.31)
Условие выполняется, шины выбраны верно.
2.5.2 Выбор шин 35 кВ производится по условию (3.20).
Максимальный рабочий ток на шинах 35 кВ исходя из зимнего максимума нагрузок составляет 190 А. Линия Л-65П в нормальном режиме не загружена. Максимальная нагрузка, которую может запросить потребитель линии составляет 8 МВА. Ток нагрузки рассчитывается по формуле (3.21)
Рабочий максимальный ток на шинах 35 кВ определяется по формуле
где
-ток на шинах в зимний максимум, А;
- максимальный ток потребителей Л-65П,
А.
Принимается жесткая алюминиевая шина размерами 30 x 4 мм
Таблица 6 - Характеристики алюминиевой шины 30 x 4 мм
Размер шины, мм |
Сечение шины, мм2 |
Масса, кг/м |
Допустимый ток, А |
30 x 4 |
120 |
1,066 |
365 |
Проверка шин на термическую стойкость производится по допустимому минимальному сечению исходя из условия
где - минимально допустимое сечение, мм2;
- выбранное сечение, мм2.
Минимально допустимое сечение рассчитывается по формуле
где - поправочный коэффициент, (для алюминиевых шин );
- тепловой импульс, кА2с.
Тепловой импульс рассчитывается по формуле
где - ток трехфазного короткого замыкания, кА;
а - время действия защиты, с, (принято 1 с);
- постоянная времени затухания, с, ( с).
Проверка жестких шин на механическую прочность производится исходя из условия
где - расчетное механическое напряжение в материале шин, МПа;
- допустимое механическое напряжение в материале шин. Для алюминиевых шин оно составляет 70 МПа.
Расчетное механическое напряжение в материале шин определяется по формуле
где
- наибольшее удельное усилие при
трехфазном коротком замыкании, Н/м;
- пролет, расстояние между соседними опорными изоляторами (принято 2 м);
- момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярно действию усилия, см3.
Наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании определяется по формуле
где - коэффициент формы;
- расстояние между осями шин, м;
- ударный ток трехфазного короткого замыкания, А.
Коэффициент формы равняется 1 при условии
где - расстояние между осями шин, мм;
- размеры поперечного сечения шины, мм.
Принимаем коэффициент формы, равный 1.
По формуле (3.33)
Момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярно действию усилия, определяется по формуле
По формуле (3.32)
Полученное значение подставляется в условие (3.31)
Условие выполняется, шины выбраны верно.
2.5.3 Выбор шин 10 кВ производится по условию (3.20). Максимальный рабочий ток на шинах 6 кВ исходя из зимнего максимума нагрузок составляет 380 А. Принимается жесткая алюминиевая шина размерами 50 x 6 мм.
Таблица 7 - Характеристики алюминиевой шины 50 x 6 мм
Размер шины, мм |
Сечение шины, мм2 |
Масса, кг/м |
Допустимый ток, А |
50 x 6 |
300 |
0,81 |
680 |
Проверка шины на термическую стойкость производится по условию (3.23). По формуле (3.25)
Проверка жестких шин на механическую прочность производится исходя из условия
где - расчетное механическое напряжение в материале шин, МПа;
- допустимое механическое напряжение в материале шин. Для алюминиевых шин оно составляет 70 МПа.
Расчетное механическое напряжение в материале шин определяется по формуле
где - наибольшее удельное усилие при трехфазном коротком замыкании, Н/м;
- пролет, расстояние между соседними опорными изоляторами (принято 2 м);
- момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярно действию усилия, см3.
Наибольшее
удельное усилие при трехфазном коротком
замыкании определяется по формуле
где - коэффициент формы;
- расстояние между осями шин, м;
- ударный ток трехфазного короткого замыкания, А.
Коэффициент формы равняется 1 при условии
где - расстояние между осями шин, мм;
- размеры поперечного сечения шины, мм.
Принимаем коэффициент формы, равный 1.
По формуле (3.33)
Момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярно действию усилия, определяется по формуле
По формуле (3.32)
Полученное значение подставляется в условие (3.31)
Условие выполняется, шины выбраны верно.
2.5.4 Выбор изоляторов 110 кВ. В открытых распределительных устройствах ошиновка крепится на опорных и подвесных изоляторах. Для крепления шин в распределительном устройстве 110 кВ ПУЭ рекомендует использовать изолятор ПМ - 4,5 в количестве 8 штук. Это условие принимается.
Таблица 8 - Характеристики изолятора ПМ - 4,5
Тип изолятора |
Количество в гирлянде, шт |
Длина гирлянды, м |
Вес гирлянды, кг |
ПМ - 4,5 |
8 |
1,2 |
31 |
где П - подвесной
М - малогабаритный
4,5 - радиус тарелки изолятора
Опорный изолятор выбирается по условиям
где
- напряжение установки, кВ, (на шинах);
- номинальное напряжение изолятора, кВ;
- расчетная сила, действующая на изолятор,
Н;
- допустимая нагрузка на головку
изолятора, Н;
Сила, действующая на изолятор определяется по формуле
где
- поправочный коэффициент при расположении
шины на ребро, так как расчет производится
для шин, расположенных плашмя, он не
учитывается;
- расстояние между изоляторами, м;
- расстояние между шинами разных фаз, м;
Принимается изолятор ИОСК - 6/110 - II,
где И - изолятор;
О - опорный;
С - стержневой;
К - с защитной оболочкой из кремнийорганической резины.
Таблица 9 - Характеристики изолятора ИОСК - 6/110 - II
Номинальное напряжение, кВ |
Механическое разрушающее усилие, кН |
Высота, мм |
Длина изоляционной части, мм |
110 |
6 |
1050 |
912 |
Допустимая нагрузка на головку изолятора определяется по формуле
где
- разрушающая нагрузка на изолятор.
Полученные значения подставляются в условия (3.37), (3.38)
Условия выполняются, изолятор выбран верно.
2.5.5 Выбор изоляторов 35 кВ. ПУЭ рекомендует использовать подвесной изолятор ПС - 4,5 в количестве 4 штук. Принимается подвесной изолятор ПМ - 4,5.
Таблица 10 - Характеристики изолятора ПМ - 4,5
Тип изолятора |
Количество в гирлянде, шт |
Длина гирлянды, м |
Вес гирлянды, кг |
ПМ - 4,5 |
4 |
0,7 |
16 |
где П - подвесной
С - стеклянный
4,5 - радиус тарелки изолятора
Опорный изолятор выбирается по условиям (3.37), (3.38)
По формуле (3.39)
Принимается изолятор ИОСК - 8/35-I
Таблица 11 - Характеристики изолятора ИОСК - 8/35-I
Номинальное напряжение, кВ |
Механическое разрушающее усилие, кН |
Высота, мм |
Длина изоляционной части, мм |
35 |
8 |
475 |
359 |
По формуле (3.40)
Полученные значения подставляются в условия (3.37), (3.38)
Условия выполняются, изолятор выбран верно.
Проходной изолятор выбирается по условиям (3.37), (3.38), а также учитывая условие
Расчетная нагрузка определяется по формуле
Принимается изолятор ИП - 35/630-7,5 УХЛ1.
Таблица 12 - Характеристики изолятора ИП - 35/630-7,5 УХЛ1
Номинальное напряжение, кВ |
Номинальный ток, А |
Разрушающая нагрузка, кН |
35 |
630 |
7,5 |
Полученные значения подставляются в условия (3.37), (3.38), (3.39)
Условия выполняются, изолятор выбран верно.
2.5.6 Выбор изоляторов 10 кВ.
Опорный изолятор выбирается по условиям (3.37), (3.38)
По формуле (3.39)
Принимается изолятор ИОСП - 8/10-I
где И - изолятор;
О - опорный;
С - стержневой;
П - полимерный.
Таблица 13 - Характеристики изолятора ИОСП - 8/10-I
Номинальное напряжение, кВ |
Механическое разрушающее усилие, кН |
Высота, мм |
Длина изоляционной части, мм |
10 |
8 |
190 |
91 |
По формуле (3.40)
Полученные значения подставляются в условия (3.37), (3.38)
Проходной изолятор выбирается по условиям (3.37), (3.38), (3.41)
По формуле (3.42)
Принимается изолятор ИП - 10/630-7,5 У1
Таблица 14 - Характеристики изолятора ИП - 10/630-7,5 У1
Номинальное напряжение, кВ |
Номинальный ток, А |
Разрушающая нагрузка, кН |
10 |
630 |
7,5 |
Полученные значения подставляются в условия (3.37), (3.38), (3.39)
Условия выполняются, изолятор выбран верно.
2.5.7 Выбор выключателей и разъединителей. Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа.
К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:
надежное отключение любых токов;
быстродействие;
пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения;
возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;
легкость ревизии и осмотра контактов;
взрыво и пожаробезопасность;
удобство транспортировки и эксплуатации.
Выключатели выбираются исходя из следующих условий;
где
- установившееся напряжение;
- номинальное напряжение выключателя;
- рабочий максимальный ток;
- номинальный ток выключателя;
- начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания;
- номинальный ток отключения выключателя;
- действующее значение предельного
сквозного тока короткого замыкания;
- амплитудное значение предельного
сквозного тока короткого замыкания;
- тепловой импульс;
- предельный ток термической устойчивости;
- длительность протекания тока термической
устойчивости.
Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надежности их работы зависит надежность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляют следующие требования:
создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению;
электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов короткого замыкания;
исключение самопроизвольных отключений;
четкое включение и отключение при наихудших условиях работы.
Разъединители выбираются исходя из следующих условий:
Выбор выключателей и разъединителей представлен в таблицах 15, 16, 17.
Выбираем выключатель и разъединитель 110 кВ.
Исходя из ранее рассчитанных данных выбираем вакуумный выключатель ВБЭ - 110 - 20У3 и разъединитель РГ - 110/1000УХЛ1.
Таблица 15 - Выбор выключателя и разъединителя 110 кВ.
Условие выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные |
|
Выключатель |
разъединитель |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
- |
Действующее
значение предельного сквозного тока
короткого замыкания вычисляется по
формуле (
принято 30%).
Все условия выполнены, выключатель и разъединитель выбраны верно.
Выбираем выключатель и разъединитель 35 кВ.
Исходя из ранее рассчитанных данных выбираем вакуумный выключатель ВБН - 35 - II - 20УХЛ1 и разъединитель РГ - 35/1000УХЛ1.
Таблица 16 - Выбор выключателя и разъединителя 35 кВ.
Условие выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные |
|
Выключатель |
разъединитель |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
- |
Действующее значение предельного сквозного тока короткого замыкания вычисляется по формуле ( принято 30%).
Все условия выполнены, выключатель и разъединитель выбраны верно.
Выбираем выключатель и разъединитель 10 кВ.
Исходя из ранее рассчитанных данных выбираем вакуумный выключатель ВР10 -10 - 40 и разъединитель РВ.
Таблица 17 - Выбор выключателя и разъединителя 10 кВ.
Условие выбора |
Расчетные данные |
Каталожные данные |
|
Выключатель |
разъединитель |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
- |
Действующее значение предельного сквозного тока короткого замыкания вычисляется по формуле ( принято 30%).
Все условия выполнены, выключатель и разъединитель выбраны верно.
Достоинствами вакуумных выключателей являются:
- отсутствие необходимости в замене и пополнении масла; - высокая износостойкость при отключении как номинальных токов, так и токов КЗ; - простота эксплуатации, снижение эксплуатационных затрат; - бесшумность, чистота, удобство обслуживания, обусловленные отсутствием внешних эффектов и выделений при отключении токов КЗ; - сравнительно малые габариты и масса выключателей, небольшие динамические воздействия на конструкции при работе; - легкая замена вакуумной дугогасительной камеры (ВДК) и ее произвольное положение при конструировании выключателя; - высокое быстродействие выключателя; - отсутствие загрязнения окружающей среды.
2.5.8 Выбор трансформаторов тока. Трансформаторы тока предназначены для уменьшения вторичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а так же для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения. Токовые цепи измерительных приборов и реле имеет малое сопротивление, поэтому трансформатор тока нормально работает в режиме, близком к режиму короткого замыкания.
Выбор трансформаторов тока представлен в таблице 18.
Таблица 18 - Выбор трансформаторов тока.
Тип |
Номинальное напряжение, кВ |
Номинальный ток, кА |
Ток стойкости, кА |
Время термической стойкости |
Нагрузка измерительной обмотки, ВА |
||
Первичный |
вторичный |
электродинамической |
термической |
||||
TG - 145 У |
110 |
500 |
5 |
80 |
31,5 |
1 |
20 |
ТФЗМ35 - У1 |
35 |
400 |
5 |
70 |
31 |
3 |
30 |
ТВЛМ - У3 |
10 |
400 |
5 |
20,5 |
52 |
3 |
15 |
где Т - трансформатор тока;
G - c газовой изоляцией;
Ф - фарфоровая "рубашка";
З - конструктивно первичная и вторичная обмотки напоминают два звена цепи;
М - бумажно - масляная изоляция;
В - для внутренней установки;
Л - литая изоляция.
2.5.9
Выбор трансформаторов напряжения.
Трансформаторы напряжения предназначены
для понижения высокого напряжения до
стандартного напряжения 100 или
Ви для отделения цепей измерения и
релейной защиты от первичных цепей
релейной защиты. По конструкции различают
трехфазные и однофазные трансформаторы.
Трехфазные трансформаторы напряжения применяются при напряжении до 18 кВ, однофазные - на любые напряжения. По типу изоляции трансформаторы могут быть сухими, масляными и с литой изоляцией. Выбор трансформаторов напряжения представлен в таблице 19.
Таблица 19 - Выбор трансформаторов напряжения.
Тип |
Номинальное напряжение обмотки |
Номинальная мощность, ВА, в классе точности. |
Максимальная мощность, ВА |
||||||
первичной, кВ |
основной, В |
Дополнительной, В |
0,2 |
0,5 |
1 |
3 |
|||
НКФ - 110 - 83 |
|
|
100 |
- |
400 |
600 |
1200 |
2000 |
|
НАМИ - 35 - У1 |
35 |
100 |
100 |
- |
360 |
500 |
1200 |
- |
|
НОЛ - 11 - 10 |
10 |
100 |
- |
- |
- |
150 |
250 |
630 |
|
где Н - трансформатор напряжения;
К - каскадное исполнение обмоток;
Ф - фарфоровая "рубашка";
А - антирезонантный;
М - маслянная изоляция;
О - однофазный;
Л - литая изоляция.
2.5.10. Выбор предохранителей. Предохранитель - это коммутационный электрический аппарат, предназначенный для отключения защищаемой цепи разрушением специально предусмотренных для этого токоведущих частей под действием тока, превышаеющего определенное значение. В большинстве предохранителей отключение цепи происходит за счет расплавления плавкой вставки, которая нагревается протекающим через нее током зищищаемой цепи. После отключения цепи необходимо заменить перегоревшую вставку на исправную. Эта операция производится вручную или автоматически заменой всего предохранителя.
Предохранители характеризуются номинальным током плавкой вставки, т. е. током, на который рассчитана плавкая вставка для длительной работы.
2.5.11 Выбор комплектного распределительного устройства КРУ.
На стороне 10 кВ принимается схема с одиночной секционированной выключателя системой шин, выполненной ячейками двустороннего обслуживания со средним расположением выкатного элемента типа «Классика» в модульном контейнере.
Комплектные распределительные устройства «Классика» (далее КРУ) серии D--12P предназначены для приема и распределения электрической энергии трехфазного переменного тока частотой 50 и 60 Гц напряжением 10 кВ.
а) КРУ серии D-12P применяются в качестве распределительных устройств напряжением 10 кВ трансформаторных подстанций 110/35/10 кВ, 110/10 кВ. 35/10 кВ и 10/0.4 кВ. а также в распределительных пунктах. КРУ серии D-12P предназначены для работы внутри помещений.
КРУ могут устанавливаться в контейнерах, оборудованных системой обогрева и вентиляции.
КРУ серии D-12P комплектуется из отдельных шкафов, в каждом из которых размещается аппаратура одного присоединения к сборным шинам,
С целью обеспечения безопасности при возникновении электрической дуги шкафы с выдвижными элементами разделены металлическими перегородками на четыре отсека:
а) отсек сборных шин
б) отсек выдвижного элемента;
в) отсек присоединений;
г) отсек вспомогательных цепей.
Отсеки выдвижного элемента, присоединений и вспомогательных пеней с фасадной стороны шкафа имеют двери со специальными замками.
Таблица 20 - Характеристика КРУ серии D - 12P.
Номинальное напряжение, кВ |
Номинальный ток сборных шин, А |
Номинальный ток главных цепей,, А |
Ток электродинамической стойкости, кА |
Ток термической стойкости, кА |
Время протекания тока термической стойкости, с |
Габаритные размеры, мм |
Масса, кг |
||
Ширина |
Глубина |
Высота |
|||||||
10 |
630 |
630 |
125 |
31,5 |
1 |
750 |
1300 |
2150 |
540 |