03_Выбор оборудования

Примем, что l = 1 м, а = 0,25 м. Тогда наибольший изгибающий момент МП, действующий на проводники от взаимодействия полос одной фазы, согласно выражению (2.9) равен

МП = 202 12 0,4 = 13,89 Н м.

1,92 6

Момент сопротивления одной полосы 60 х 6 в пакете, согласно формуле (2.4),

WП = 62 60 = 360 мм3 .

6

А наибольшее расчетное напряжение в материале проводников от взаимодействия полос в пакете одной фазы составит

П = 13,89360 103 = 38,58 МПа.

Наибольший изгибающий момент МФ, возникающий между пакетами разных фаз, найдем по соотношению (2.3)

Для двухполосных проводников 2хАДО-60х6, расположенных «на ребро», момент сопротивления согласно выражению (2.11) равен

WФ= 1,44 62 60 = 3110 мм2.

А наибольшее расчетное напряжение в материале проводников от взаимодействия пакетов разных фаз, согласно формуле (2.13) составит

Ф = 27,713110 103 = 8,910 МПа.

Полное механическое напряжение в двухполосных проводниках равно

. Поэтому двухполосные алюминиевые проводники 2АДО-606, расположенные «на ребро», проходят по электродинамической устойчивости для сборных шин ЗРУ 6 кВ.

2.2.3 Проверка жестких проводников на термическую стойкость

Последовательность данной проверки состоит в следующем. Рассчитывается сечение qВ выбранных проводников, мм2

где b, h – соответственно толщина и высота прямоугольного проводника, мм.

21

После этого находим минимальное сечение проводников, которые могут

где С – коэффициент, равный для алюминиевых проводников 90, а для медных

– 165, А с1/2/мм2.

Проводник будет термически стоек, если выбранное сечение жестких проводников больше или равно минимальному, т.е.

Пример 2.4

Задание. Выбранные жесткие алюминиевые проводники сечением АДО– 30 х 4 проверить на термическую устойчивость. Ток КЗ в данном элементе РУ

IП0 =10 кА.

Решение. Находим сечение выбранных проводников по формуле (2.15), qВ = 4 30 = 120 мм2.

Определяем полный тепловой импульс тока КЗ из уравнения (2.16),

BK = 100002 (1,5 + 0,1 + 0,05 + 0,05) = 170 106 А2 с.

Находим минимальное сечение шин, которые могут выдержать термическое действие токов КЗ по выражению (2.17),

qmin = 170 106 = 144,9 мм2.

90

Так как qВ < qmin , то для обеспечения термической устойчивости необ-

22

ходимо увеличить сечение шины. Выбираем следующее сечение — АДО-404.

Тогда qВ = 440 = 160 мм2, и qВ qmin . Проводники АДО-404 в данном случае будут термически устойчивы.

2.3 Выбор токоведущих частей в ЗРУ постоянного тока

На тяговых подстанциях электрических железных дорог РУ 3,3 кВ выполняют закрытыми (ЗРУ). В качестве токоведущих частей в них используют жесткие алюминиевые проводники прямоугольного сечения (шины) марки АДО [4].

Сечение алюминиевых проводников прямоугольного сечения для ЗРУ постоянного тока выбирается по условию (2.1). Основные параметры жестких проводников приведены в таблице А.2. Более подробные данные о них можно получить в литературе [3, 5, 6, 7].

При выборе сечения жестких проводников необходимо учитывать расположение их в РУ. При расположении их «плашмя» допустимый ток уменьшается в соответствии с п. 2.2.1.

Токоведущие части ЗРУ постоянного тока защищены быстродействующими выключателями, поэтому на электродинамическую и термическую стой-

кости они не проверяются [8].

Пример 2.5

Задание. Выбрать токоведущие части РУ 3,3 кВ по данным примера 1.2. Решение. Для участка присоединения преобразователя (переменный ток

IР max = 2610 А) по условию (2.1) из таблицы А.2 выбираем двухполосные проводники 2АДО-10010 (IДОП = 2860 А).

Для вводов и сборных шин (постоянный ток IР max = 3150 А) по условию (2.1) из таблицы А.2 выбираем двухполосные проводники 2АДО-10010 (IДОП

= 3350 А).

Для фидеров контактной сети (постоянный ток IР max= 2100 А) по условию (2.1) из таблицы А.1 выбираем пять параллельных провода 5А-150 (IДОП

= 5 440 = 2200 А).

Для рельсового фидера контактной сети (постоянный ток IРmax=3150 А) по условию (2.1) из таблицы А.1 выбираем семь параллельных проводников А- 185 (IДОП = 7 500 = 3500 А).

Результаты выбора жестких алюминиевых проводников ЗРУ 10 кВ, 6 кВ, 3,3 кВ необходимо свести в таблицу, аналогичную таблице 2.4.

23

Таблица 2.4 – Результаты выбора жестких проводников по примерам 2.2–2.5

После выбора токоведущих частей во всех элементах РУ тяговой подстанции и заполнения таблиц, аналогичных таблицам 2.3 и 2.4, необходимо начертить упрощенную схему тяговой подстанции, указав на ней марки выбранных проводников. На схеме рекомендуется провода круглого сечения показывать обычными линиями, а жесткие проводники прямоугольного сечения – белыми плоскими.

Пример такой схемы для транзитной тяговой подстанции переменного тока с РУ 220 кВ, РУ-27,5 кВ и РУ 10 кВ приведен на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 – Упрощенная схема транзитной тяговой подстанции переменного тока с марками токоведущих частей

Выбранные проводники обозначить на СГЭС заданной тяговой подстанции.

24

3Выбор изоляторов

3.1Выбор изоляторов в ОРУ переменного тока

Сталеалюминевые провода открытых РУ 220 кВ, РУ 110 кВ, РУ 35 кВ и РУ 27,5 кВ подвешиваются на одинарных гирляндах, составленных из подвесных изоляторов типа ПФ-6А (ПС-6А). Тип изоляторов расшифровывается следующим образом: П – подвесной, Ф – фарфоровый (С – стеклянный), 6 – разрушающая нагрузка 60 кН, А – исполнение. Их число и расстояние между проводами фаз приведено в таблице 3.1 [5].

Таблица 3.1 – Число изоляторов в гирлянде (NИ) и расстояние между проводами разных фаз (D)

В современных условиях предлагается применение высоковольтных полимерных изоляторов ЛК-70, которые выполнены на основе композиционных материалов: высокопрочного стеклопластикового стержня, защитной оболочки из кремнийорганической резины, обладающей повышенной гидрофобностью и трекингостойкостью из сырьевых материалов фирмы Dow Corning, Wacker, General Electric и др. Изоляторы обладают повышенной сейсмостойкостью и устойчивостью к актам вандализма. Расшифровывается ЛК-70/35-4 УХЛ1 таким образом: ЛК – линейный кремнийорганический изолятор; 70 – минимальная механическая разрушающая сила при растяжении, не менее, кН; 35 – номинальное напряжение, кВ; 4 – степень загрязненности атмосферы; УХЛ1 – климатическое исполнение и категория размещения.

Более подробные данные об изоляторах можно получить в литературе [3,

5–12,14–15].

Изоляторы подвесные на коронирование, электродинамическую и термическую устойчивость не проверяются [5].

3.2 Выбор изоляторов в ЗРУ переменного тока

3.2.1 Опорные изоляторы

Токоведущие части ЗРУ (жесткие алюминиевые проводники прямоугольного сечения) крепятся на опорных изоляторах типа ИО (рисунок Б.1, б).

25

Пример обозначения опорных изоляторов – ИО-10-3,75 У3. Это расшифровывается следующим образом: И – изолятор, О – опорный, 10 – номинальное напряжение в кВ, 3,75 – наименьшая разрушающая нагрузка при изгибе в кН, У3

– умеренный климат для внутренней установки. ОСК-10-35-А-4 УХЛ1 : О – опорный, С – стержневой, К – защитная оболочка кремнийорганическая, 10 – минимальное разрушающее усилие на изгиб, в кН , 35 – номинальное напряжение, в кВ, А – исполнение фланцев, 4 – степень загрязнения, УХЛ1–умеренно- холодный климат наружной установки

Основные параметры опорных изоляторов приведены в таблице Б.1. Более подробные данные о них можно получить в литературе [3, 5–12, 14–16].

Выбор опорных изоляторов [6] производится по условию

– номинальное напряжение установки или РУ;

– номинальное напряжение изолятора.

Опорные изоляторы ЗРУ переменного тока проверяются на электродинамическую стойкость, т. е. на механическую прочность при протекании по проводникам ударного тока КЗ. Условие проверки [6]:

где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ; определяется по следующей формуле, Н

(таблица Б.1).

26

Пример 3.2

Задание. Выбрать опорные изоляторы для ЗРУ 10 кВ. Жесткие проводники АДО-120х10 расположены «на ребро». Ударный ток КЗ iУ = 40 кА.

Решение. Примем, что l = 1 м, а а = 0,25 м. Из таблицы Б.1 по условию

(3.1) выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3 (UH = 10 кВ, FРАЗР =3,75 кН, Н = 120 мм).

Тогда сила, действующая на изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ, согласно уравнению (3.3), будет равна

Условие (3.2) 1,755 кН 0,6 · 3,75 = 2,25 кН соблюдается. Поэтому для ЗРУ 10 кВ окончательно выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3.

3.2.2 Проходные изоляторы

Для проведения токоведущих частей сквозь стены и перекрытия зданий служат проходные изоляторы типа ИП. Пример обозначения проходных изоляторов — ИП-10/630-750 УХЛ1. Это расшифровывается следующим образом: И

– изолятор, П – проходной, 10 – номинальное напряжение в кВ, 630 – номинальный ток в А, 750 – наименьшая разрушающая нагрузка при изгибе 7,5 кН, УХЛ1 – для наружно-внутренней установки. Основные параметры проходных изоляторов приведены в таблице Б.2. Более подробные данные о них можно получить в литературе [3, 5–12, 14–15].

Выбор проходных изоляторов /6/ производится по условиям

Проходные изоляторы ЗРУ переменного тока проверяются /6/ на электродинамическую стойкость, т. е. на механическую прочность при протекании по проводникам ударного тока КЗ. Условие проверки

где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ; определяется по следующей формуле, Н:

27

FРАЗР – наименьшая разрушающая изолятора нагрузка при изгибе (таблица Б.2).

Пример 3.3

Задание. Выбрать проходные изоляторы для вводов ЗРУ 6 кВ. Максимальный рабочий ток IР max= 980 А, а ударный ток КЗ iУ = 45 кА.

Решение. Примем, что l = 1 м, а а = 0,25 м. Из таблица Б.2 по условиям (3.5) выбираем проходной изолятор ИП-10/1000-750 УХЛ1 (UH = 10 кВ, IН

=1000 А, FРАЗР = 7,5 кН).

Тогда сила, действующая на проходной изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ, согласно формуле (3.7) будет равна

Условие (3.6) 1,403 кН 1,2 ∙ 7,5 = 9 кН соблюдается. Поэтому для вводов ЗРУ 6 кВ окончательно выбираем проходной изолятор ИП-10/1000-

750УХЛ1.

3.3 Выбор изоляторов в ЗРУ постоянного тока

Вкачестве опорных в РУ 3,3 кВ применяются изоляторы типа ИО (таблица Б.1). Они выбираются по условию (3.1).

Вкачестве проходных в РУ 3,3 кВ применяются изоляторы типа ИП (таблица Б.2). Они выбираются по условиям (3.5).

Так как токоведущие части ЗРУ постоянного тока защищены быстродействующими выключателями, то на электродинамическую стойкость опорные и проходные изоляторы они не проверяются [8].

После выбора всех изоляторов на тяговой подстанции необходимо составить таблицу, аналогичную таблицам 1.3 и 1.5, и начертить упрощенную схему тяговой подстанции, указав на ней места расположения и типы подвесных, опорных и проходных изоляторов.

Пример 3.4

Задание. Выбрать опорные изоляторы РУ 3,3 кВ и проходные изоляторы, установленные между трансформатором ТДП-12500/10ЖУ1 и выпрямителем ПВЭ-3 внутренней установки.

Решение. По таблице Б.1 и условию (3.1) выбираем для РУ 3,3 кВ опорные изоляторы ИО-6-3,75. Из литературы [3] определяем ток вентильной обмотки трансформатора ТДП-12500/10ЖУ1 – I2Н = 2610 А. По таблице Б.2 и условиям (3.5) выбираем проходной изолятор ИП-10/5000-4250 УХЛ 1.

28

4Выбор коммутационной аппаратуры

4.1Выбор выключателей

4.1.1 Выключатели переменного тока

В распредустройствах переменного тока тяговых и трансформаторных подстанций в основном применяются маломасляные, вакуумные и элегазовые выключатели, которые служат для коммутации электрической цепи в любых режимах: при холостом ходе, при нагрузках и при КЗ. Основные параметры выключателей переменного тока приведены в таблице В.1, а буквенные обозначения в таблице В.4. Более подробные данные о них можно получить в ли-

тературе [6, 7, 9, 16–20, 23–25].

На тяговых подстанциях можно применить элегазозаполненное оборудование типа ПАСС МО производства фирмы АББ (Италия). Один элемент этого оборудования может содержать до двух выключателей, от одного до трех разъединителей и заземляющих ножей. Основные электрические характеристики ПАСС МО приведены в таблице В.1. Выбор и проверка оборудования ПАСС М0 производится аналогично выбору и проверке выключателей переменного тока.

Высоковольтные выключатели выбираются при соблюдении условий [6]: по номинальному напряжению –

Высоковольтные выключатели проверяются на отключающую способность, а также на термическую и электродинамическую стойкость.

При проверке выключателя на отключающую способность по номинальному току отключения должно соблюдаться условие на возможность отклю-

чения периодического тока:

tCB – собственное время срабатывания выключателя (таблица В.1);

30