Xc.Max, Xc.Min- значення реактансів на шинах 110 (35) кВ підстанції, Ом;

U_{к mm}, U_{к max} - значення напруги к.з. на крайних ответвлениях регулюємої обмотки ВН трансформатора, %; визначаються з паспорта на цей трансформатор;

S_н.тр – номінальна потужність трансформатора, МВА.

Для триобмоткового трансформатора в (5.1) і (5.2) підставляють такі значення:

- якщо розраховується Х_НН на шинах 6 (10) кВ, то U_к = U_к.вн-нн, тобто приймається значення U_{к.min (max)} між обмотками високої та низької напруги;

- якщо розраховується реактанс X_cн на шинах середньої напруги 35 кВ, то замість U_нн приймається номінальна напруга трансформатора з боку СН, рівна 38,5 кВ, а замість U_к підставляється еквівалентне значення, яке визначається з наступного виразу:

U_k = 0.5(U_к.вн-нн + U_к.вн-сн - U_к.сн-нн). (5.3)

Струми трифазного КЗ на шинах НН (СН) підстанції визначаються за виразом:

; (5.4)

. (5.5)

Приведення зазначених струмів КЗ до сторони ВН трансформатора проводиться з урахуванням зміни коефіцієнта трансформації трансформатора перемикачем РПН:

; (5.6)

. (5.7)

Для визначення струмів КЗ на фідерах, що відходять від шин підстанції, т. е. в заданій розподільчій мережі 6, 10, 35 кВ до знайдених значень Х_НН додають опір лінії фідера, причому обов'язково з урахуванням активного опору кабельної або повітряної лінії:

Zл = Rкаб + j(Хкаб+Хнн). (5.8)

Струм трифазного к.з., кА:

(5.9)

де - напруга в максимальному або мінімальному режимі по таблиці 5.1, кВ;

Z - повний опір до точки к.з. в максимальному або мінімальному режимі, Ом.

Максимальне значення струмів к.з. використовується при виборі уставок релейних захистів, а мінімальні струми, причому двофазні - для перевірки чутливості.

За даними на грудень 2011року опір енергосистеми на лініях 110 кВ підстанції «Шебелінка» в максимальному і мінімальному режимах відповідно становить:

На шинах 110 кВ:

Zmax = 1,242+j5,864 Ом;

Zmin = 3,425+j18,976 Ом.

Знайдемо опір трансформатора ТРДН-40000/110-80 У1, що знаходиться на підстанції. Напруга короткого замикання трансформатора при крайніх положеннях РПН ми не знаємо, отже будемо користуватися усередненими значеннями [10, таблиця 10.1]:

Uк.max = 11,46%; Uк.cp = 9,95%; Uк.min = 9,59%; ΔU = 0,16.

За формулою (5.1) визначаємо опір к.з:

Для першої секції шин 10 кВ:

Для другої секції шин 10 кВ:

Знайдемо опір трансформатора ТДТН-40000/110, який знаходиться на підстанції:

Uк.вн.min = 17,04 % ; Uк.вн.ср = 17,5 % ; Uк.вн.max = 19,29 % ;

Uк.сн.ср = 6.5 % ;

Uк.вс.min = 9,52 % ; Uк.вc.ср = 10,5 % ; Uк.вc.max = 11,56 % ;∆U = 0,16.

Для третьої секції шин 10 кВ:

Визначимо напругу к.з. в максимальному та мінімальному режимі на боці 35 кВ:

U_к.min = 0,5(U_к.вс.min + U_к.сн.min – U_к.сн.ср) = 0,5( 9,52 + 17,04 – 6,5) = 10,03 % ;

U_к.max = 0,5(U_к.вс.max + U_к.сн.max – U_к.сн.ср) = 0,5( 11,56 + 19,29 – 6,5) = 12,175 % .

Для шин 35 кВ:

Припустивши, що від трансформаторів живляться два синхронні двигуни потужністю по 5000 кВт, то при КЗ поблизу шин 10 кВ через вимикач фідера проходитиме сума струмів КЗ і струмів підживлення від електродвигунів. Ток підживлення КЗ від двигуна в теорії електричних машин розглядається як пряме включення двигуна в мережу з нескінченно малим опором. Чинне значення періодичної складової струму підживлення від двигунів до моменту відключення струму КЗ вимикачем визначається за виразом:

(5.10)

де γ1 - коефіцієнти, що враховують ступінь загасання періодичного струму синхронного двигуна;

I "_СД - пускові струми синхронного двигуна.

Номінальний струм двигуна:

А;

А.

Тоді періодична складова сумарного струму подпитки:

_.

Визначаємо струми на шинах 10 кВ:

На первой секции:

На второй секции:

Періодична складова суммарного струму к.з.від енергосистеми та струм подпитки від електродвигуна в максимальному режимі:

.

На третьей секции:

Періодична складова сумарного струму к.з. від енергосистеми та струму подпитки від електродвигуна в максимальному режимі:

.

Визначимо струм к.з. на шине 35 кВ:

Ці токи к.з. приводимо к стороне ВН трансформатора по (5.6) и (5.7):

От первой и второй секции 10 кВ:

От третьей секции 10 кВ:

Для спрощення розрахунків струмів к.з. результати розрахунку на шинах підстанции зводимо в таблицю 5.1.

Таблиця 5.1 - Итоги розрахунку струмів к.з. на шинах ПС “Шебелінка”

Отримані значення	Шини 10 кВ				Шини 35 кВ		Шини 110 кВ
	I секция	II секция	III секция
Ik3.max , кА	12,214	13,665	14,246	5,445		1,457
Ik3.min , кА	8,369	8,369	8,767	3,538		0,765
Xi.max , Ом	0,496	0,496	0,519	4,082		5,864
Xi.min , Ом	0,724	0,724	0,728	6,283		18,976

Струм трифазного короткого замикання в кінці лінії визначається за виразом (5.9):

кА;

кА.

Розрахунок струмів к.з. на інших фідерах аналогичен. Результаты розрахунку токов к.з. представлені в таблиці 5.3.

На базі проведених розрахунків і отриманих результатів питання про впровадження засобів обмежують струми короткого замикання, а саме струмообмежувальних реакторів, не розглядається тому їх максимальні значення не перевищують допустимих.

Таблиця 5.3 - Результати розрахунку струмів трифазного к.з.

Точка к.з.			Максимальний режим			Мінімальний режим
			Z, Ом	кА	Z, Ом		кА
1	2		3	4	5		6
Шини 110 кВ	К1		5,864	1,457	18,976		0,765
Шини 35 кВ	К2		4,082	5,445	6,283		3,538
Шини 10 кВ	К3		0,496	12,214	0,724		8,369
	К3’		0,496	13,665	0,724		8,369
	К4		0,519	14,246	0,728		8,767
Отходящий фидер 10 кВ
1342 - ТП83а		к5	0,567	10,693	0,789		7,868
1343 - РП16		к6	0,824	7,6	1,03		5,886
1344 - РП17		к7	0,586	10,35	0,81		7,487
1345 - РП14		к8	0,674	8,997	0,881		6,883
1346 - ТП601		к9	0,558	10,865	0,781		7,763
1347 - РП28		к10	0,649	9,347	0,868		6,984
1348 - РП2		к11	0,649	9,336	0,866		7,001
1349 - РП18		к12	0,637	9,522	0,857		7,074
1351 - ТП481		к13	0,598	10,138	0,816		7,431
1353 - ЛТП6		к14	0,912	6,65	1,092		5,552
1354 - ТП847		к15	1,132	5,357	1,296		4,679
1355 - РП29		к16	0,73	8,704	0,927		6,853
1356 - РП3		к17	0,904	7,028	1,089		5,83
1		2	3	4	5		6
1358 - РП17		к18	0,716	8,873	0,914		6,95
1359 - РП14		к19	0,809	7,493	1,006		6,025
1360 - ТП83а		к20	0,681	9,33	0,873		7,273
1362 - ТП333		к21	0,883	7,191	1,06		5,993
1363 - ТП425		к22	1,353	4,479	1,504		4,03
1364 - ТП15		к23	0,818	7,76	0,995		6,385
1367 - РП18		к24	0,637	9,522	0,857		7,074
1368 - РП15		к25	1,163	5,212	1,35		4,491
1370 - РП2		к26	0,635	9,549	0,855		7,088
1372 - ТП339		к27	0,815	7,435	0,994		6,097
1374 - РП63		к28	0,76	7,978	0,966		6,277
1376 - РП34		к29	0,964	6,288	1,154		5,254
1378 - ТП333		к30	0,914	6,631	1,094		5,542
1380 - ТП237		к31	0,611	9,927	0,833		7,278
СД1		к32	0,547	11,086	0,773		7,84
СД2		к33	0,547	11,613	0,773		8,213

6 Вибір обладнання закритого розподільчого пристрою 10 кВ

У зв'язку зі старінням обладнання на підстанції "Шебелінка" необхідно провести модернізацію ЗРП 10 кВ. Для цього зробимо вибір комплектного розподільного пристрою, шаф для установки вакуумних вимикачів, вакуумні вимикачі. Також, через перехід власних потреб на 0,4 кВ, необхідно вибрати трансформатори власних потреб, трансформатори струму і напруги і джерело постійного оперативного струму.

6.1 Вибір комплектного розподільного пристрою

Для установки на підстанції приймаємо комплектний розподільчий пристрій фірми "Іносат" К-Ін97. Комплектний розподільчий пристрій (далі - КРП), що складається з шаф броньованого типу (з поділом на відсіки) і шинних мостів до них, призначених для прийому і розподілу електричної енергії трифазного змінного струму частотою 50 Гц на номінальну напругу до 10 кВ в мережах з ізольованою або компенсованій нейтраллю і можуть використовуватися для комплектування закритих розподільних пристроїв електростанцій, трансформаторних підстанцій та розподільчих пунктів. Комплектний розподільчий пристрій К-Ін97 відповідає вимогам ТУ 100046015.003-2002. Для установки на ПС "Шебелінка" приймаємо КРП К-Ін97 М-10.2500.У3.

6.2. Вибір комутаційної апаратури: вимикачів

Вибір вимикачів виробляємо за наступними параметрами:

1. По напрузі електроустановки:

. (6.1)

2. По максимальному робочому струму:

, (6.2)

де U_ном, I_ном – паспортні (каталожні) параметри вимикача;

3. Перевірка на отключающую здібність вимикача:

. (6.3)

4. Перевірка на електродинамічну стійкість :

(6.4)

де I_no и i_У - розрахункові значення періодичної складової струму к.з. та ударного тока в цепи, для якої обирається вимикач, кА;

I_дин, I_mдин – діюче та амплітудне значення предельного та сквозного тока к.з. (каталожні параметри вимикача), кА.

5. На термичну стійкість вимикач перевіряють за умови:

В  В_K, (6.5)

де В_К – значення імпульса квадратичного тока:

, (6.6)

де I_T – ток термичної стійкості, кА;

t_T – допустимий час дії термічного струму предельної стійкості, с;

I_T и t_T – справочні дані;

В – розрахунковий імпульс квадратичного тока к.з.:

, (6.7)

де t_откл – час відключення к.з.:

t_откл = t_рз+t_вык , (6.8)

де t_рз – час дії релейного захисту приймається 0,4 с. ;

t_вык - час відключення вимикача(паспорт), с.

В ЗРП - 10 кВ пропонується встановити вакуумні вимикачі. Вакуумні вимикачі призначені для роботи в розподільчих пристроях (КРП) і камерах стаціонарного одностороннього обслуговування (КСО). Це комутаційні апарати нового покоління. Установці підлягають: на введення вимикачі фірми "Іносат" типу 3АН5 113 - 3 У3, які виготовляють за технологією фірми SIEMENS, на секційні вимикачі 3АН5 113 - 2 У3, в ланцюгах ліній, що відходять вакуумні вимикачі 3АН5 113 - 1 У3. Відмінною особливістю вимикачів 3АН5 є використання пофазних електромагнітних приводів з "магнітної засувкою", механічно пов'язаних загальним валом. Така конструкція дає ряд переваг над традиційними вимикачами:

- високий механічний ресурс;

- мале споживання по ланцюгах включення і відключення;

- малі габарити і вага;

- низька трудомісткість виробництва і як наслідок помірна ціна.

Виберемо вступні вимикачі:

За максимальний робочий струм приймаємо номінальний струм трансформаторів на стороні 10 кВ, але з урахуванням можливої 40% пе-регрузкі:

А.

Ударний струм :

Вибір вводних вимикачів за умовами (6.1)-(6.5) зводимо в таблицю 6.1.

Таблиця 6.1 - Вибір вводних вимикачів на боці 10 кВ

Розрахункові параметри	Паспорт вимикача	Умови вибору

Обранний тип вимикача 3АН5 113-3 У3 задовольняє всім умовам таблиці 6.1

Обираємо секционі вимикачі. За максимальний робочий струм приймаемо 70 % номинального тока силового трансформатора:

А.

.

Вибор секционих вимикачів за умовами (6.1)-(6.5) зводимо в таблицю 6.2.

Таблиця 6.2 - Вибір секционних вимикачів на боці 10 кВ

Розрахункові параметри	Паспорт вимикача	Умови вибору

Обраний тип вимикача 3АН5 113-2 У3 проходить за умовами таблиці 6.2.

Обираємо лінійні вимикачі (таблиця 6.3).

Таблица 6.3 - Вибір линейних вимикачів на отходящих фидерах 10 кВ

Розрахункові параметри	Каталожні дані вимикача	Умови вибора