24. Условия выбора электрических аппаратов.

Выбор силовых трансформаторов.

Нормами технологического проектирования рекомендуется устанавливать на подстанции два трансформатора, чтобы в случае отказа одного из них, оставшийся в работе мог частично или полностью обеспечить потребителей электроэнергией. Установка на подстанции одного трансформатора допускается только в том случае, если отсутствуют потребители первой категории надежности или существует возможность 100% резервирования. Установка трех и более трансформаторов, как правило нецелесообразна вследствие значительного увеличения капитальных вложений в схему РУ.

Намечается ряд вариантов номинальных мощностей трансформаторов и их количества с учетом их нагрузочной способности и возможного числа отключаемых потребителей:

где: S_ном.т – рекомендуемая полная номинальная мощность трансформатора, МВА К_откл – доля потребителей, отключение которых допустимо в аварийных режимах

n_T – число параллельно работающих трансформаторов 1,4 – коэффициент, учитывающие перегрузочную способность трансформатора S_{нагр.мах} – полная максимальная мощность на подстанции по зимнем графику нагрузки S_{нагр.мах}=Р_{зим.мах.}/cos МВА.

При расчете используем три значения К_откл – для 0%, для 50% и для 100% потребителей III категории.

Выбор выключателей.

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для коммутации цепей при аварийных режимах, а также для оперативных переключений и отключений электрических цепей.

К выключателям предъявляют следующие требования:

1. Надёжное отключение любых токов;

2. Быстрота действия;

3. Быстрое включение выключателя сразу же после отключения;

4. Возможность пофазного управления для выключателей 110 кВ и выше;

5. Лёгкость ревизии и осмотра контактов;

6. Взрыво- и пожаробезопасность;

7. Удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели предварительно выбираются по условиям работы: внутренняя или наружная установка, морозостойкость или тропическое исполнение, частота коммутаций, требуемые циклы АПВ (однократное, многократное, быстродействующее), степень быстродействия.

Согласно нормам технологического проектирования подстанций в РУ 220 кВ и ниже в большинстве случаев устанавливаются масляные баковые и малообъемные выключатели.

Выбор выключателей производится по следующим параметрам:

По напряжению электроустановки:

U_ном – номинальное напряжение выключателя (по каталогу)

U_уст – напряжение установки

По длительному току:

I_ном – номинальный ток выключателя (по каталогу)

По коммутационной способности симметричного тока к.з.:

I_откл – номинальный ток отключения выключателя (по каталогу)

I_ПО – периодическая составляющая тока к.з.

Способность выключателя включаться на короткое замыкание проверяется по условиям:

i_уд.= I_ПО·2 ·K_уд – ударный ток к.з.

K_уд – ударный коэффициент (по справочнику)

I_{вкл. ном} – номинальный ток включения выключателя (начальное действующее значение периодической составляющей тока)

i_{вкл. ном} – наибольший пик тока включения (по каталогу)

5. Проверка на термическую стойкость выключателя выполняется по условию:

B_{к расч} - расчётный тепловой импульс тока к.з., определяется по формуле:

=

t_отк=t_рз+t_собств

t_рз – время срабатывания релейной защиты

t_собств – собственное время отключения выключателя

T_a – постоянная времени затухания апериодической составляющей токов к.з. от системы и генераторов.

I_т , t_т -предельный ток термической стойкости и время его действия (определяется по каталогу)

6. Проверка на электродинамическую стойкость выключателя выполняется по условию:

I_пр.скв – начальное действующее значение периодической составляющей предельного сквозного тока выключателя

i_пр.скв – наибольший пик (ток электродинамической стойкости – по каталогу)

Выбор выключателей на отходящих линиях производится дополнительно по

где m – число присоединений на низкой стороне.

Выбор разъединителей.

Разъединители предназначены для отключения и включения цепей без тока и создания видимого разрыва между частями, находящимися под напряжением, и частями, выведенными в ремонт. Ими нельзя отключать токи нагрузки, так как контактная система их не имеет дугогасительных устройств. Однако допускается использовать их для производства отключения и включения:

незначительных токов намагничивания трансформаторов и зарядного тока линий;

нагрузочного тока до 15 А трехполюсного разъединителя наружной установки при U<10 кВ.

нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю.

Выбор разъединителей производится по следующим параметрам:

По конструкции установки;

По напряжению электроустановки;

По длительному току;

По электродинамической стойкости;

По термической стойкости.

Условия выбора

Uуст ≤ Uном, кВ

Iраб..н ≤ Iном, А Iраб..утяж ≤ Iном, А

Iк.з. Iпр.скв, кА

Вк расч ≤ Iт2 tт, кА2с

Выбор измерительных трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают:

1. по конструкции и классу точности;

2. по напряжению (U_уст ≤ U_ном);

3. по первичному току (I _раб.н ≤ I_1ном);

4. по электродинамической стойкости ( i _уд ≤ i _дин);

5. по термической стойкости (В_{к расч} ≤ I _т² t _т);

6. по вторичной нагрузке Z₂ ≤ Z_{2 ном};

где Z₂ – вторичная нагрузка трансформатора тока; Z_{2 ном} – номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности.

Выбор измерительных трансформаторов напряжения.

Трансформаторы напряжения выбираются по следующим условиям:

по напряжению установки (U_ном≥U_уст);

по конструкции и схеме соединения обмоток;

по классу точности;

по вторичной нагрузке (S_ном≥S_2

где S_ном – номинальная мощность в выбранном классе точности;

S_2Σ - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединённых к трансформатору.

S_2Σ = Р_приб² + Q_приб²

У трансформатора напряжения на вторичной стороне одна обмотка соединяется в звезду, на которую присоединяются все измерительные приборы, а другая – в разомкнутый треугольник, на который присоединяется реле защиты от замыканий на землю.

Выбор трансформаторов собственных нужд.

Мощность и состав потребителей собственных нужд подстанции зависит от мощности главных трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов, класса напряжения, типа подстанции, способа обслуживания, типа оборудования и вида оперативного тока.

Наиболее ответственными потребителями СН подстанции являются оперативные цепи, система связи, телемеханики, система охлаждения трансформаторов, аварийное освещение, система пожаротушения и т.д. Мощность потребителей СН невелика, поэтому они присоединяются к сети 380/220 В, которая получает питание от понижающих трансформаторов. Мощность трансформаторов СН выбирается по нагрузке СН с учётом коэффициентов загрузки и одновременности, при этом отдельно учитывается летняя и зимняя нагрузка.

В соответствии с ''нормами технологического проектирования подстанций'' на всех двутрансформаторных подстанциях 35 – 750 кВ устанавливают по два трансформатора собственных нужд. Схема подключения трансформаторов собственных нужд выбирается из условия надёжного обеспечения питанием ответственных потребителей.

Мощность трансформаторов собственных нужд выбирается по нагрузкам собственных нужд с учётом коэффициентов загрузки и одновременности

Выбираем трансформатор собственных нужд:

S_расч = К_с Р_полн² + Q_полн² ,

где К_с = 0,8 – коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты одновременности и загрузки.

Мощность трансформаторов собственных нужд при двух трансформаторах с.н. на подстанции с постоянным дежурством выбирается:

где К_п = 1,4 – коэффициент допустимой аварийной перегрузки.

Выбор токоведущих частей на ВН.

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводом АС. Выбор сечения гибких шин и токопроводов производится:

По экономической плотности тока.

Наибольший ток нормального режима:

_, где q_э – сечение провода, мм² ; J_э – нормированная плотность тока.

J_э = 1,1 А/мм² для проводника (неизолированные провода и шины из аллюминия ) при Т_max = 5000ч.

Найденное сечение округляется до ближайшего меньшего стандартного его сечения, если оно не отличается от экономического больше, чем на 15%. В противном случае принимается больше стандартного значение

Выбирается провод АС-240/32 с допустимым током протекания I_доп=605 А

Проверка выбора:

I_{раб.утяж} ≤ I_доп,

По термическому действию тока короткого замыкания.

Шины (токопроводы), выполненные гибким проводом, расположенные на открытом воздухе на термическое действие тока короткого замыкания не проверяются.

По электродинамическому действию тока короткого замыкания.

Проверяются гибкие шины РУ при и провода ВЛ приТ.к.I_к < 20 кА – проверка не проводится.

По условиям короны.

Условие образования короны:

где Е – напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода, кВ/см

Е₀ – максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, кВ/см

,

где D – расстояние между соседними фазами, см

D_cр – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см

Выбор токоведущих частей на НН.

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими шинами из алюминия. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются. При токах до 3000А применяются одно- и двухполосные шины.

Согласно ПУЭ сборные шины эл.установок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяется.

Выбор сечения шин производится:

По допустимому току (нагреву).

Определение расчетных токов продолжительных режимов:

По условию нагрева в продолжительном режиме шины проходят:

I_max< I_доп

Проверка шин на термическую стойкость:

где В_к – расчетный импульс квадратичного тока к.з., С – значение функции для проводника

Проверка шин на механическую прочность:

Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, находящуюся под воздействием электродинамических сил. Электродинамические силы, возникающие при к.з., имеют составляющие, которые изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебательной системы шины – изоляторы совпадут с этими значениями , то нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственные частоты меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает. Следовательно, производится определение частоты собственных колебаний для алюминиевых шин:

, где l – длина пролета между изоляторами, м; J – момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы, см⁴; q – поперечное сечение шины, см².

Определяется пролет l при условии, что частота собственных колебаний будет больше 200 Гц:

откуда

а)если шины расположены на ребро, то

б)если шины на изоляторах расположены плашмя, то