3. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчет электрических нагрузок

Электрические нагрузки определяются для выбора и проверки токоведущих элементов (шин, кабелей, проводов), силовых трансформаторов и преобразователей по пропускной способности (нагреву), а также для расчета потерь, отклонений и колебаний напряжения, выбора защиты и компенсирующих устройств.

В системе электроснабжения к методам определения расчетных нагрузок относятся:

- по установленной мощности и коэффициенту спроса;

- по средней мощности и отклонению расчетной нагрузки от средней (статический метод);

- по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузок;

- по средней мощности и коэффициенту максимума (метод упорядоченных диаграмм показателей графиков нагрузок).

При проектировании и эксплуатации систем электроснабжения основным являются три вида нагрузок: активная мощность Р; реактивная мощность Q; и ток I. Для расчета существующих нагрузок произведем расчёт по средней мощности и коэффициенту формы.

Таблица 1 - Активные и реактивные нагрузки

t, час	U, кВ	1 ввод Р, кВт	2 ввод Р, кВт	Общая нагрузка, кВт
1	6	622,8	374,4	997,2
2	6	603	392,4	995,4
3	6	601,2	392,4	993,6
4	6	595,8	390,6	986,4
5	6	594	392,4	986,4
6	6	592,2	392,4	984,6
7	6	590,4	390,6	981
8	6	581,4	390,6	972
9	6	576	388,8	964,8
10	6	577,8	390,6	968,4
11	6	574,2	390,6	964,8
12	6	568,8	388,8	957,6
13	6	568,8	388,8	957,6
14	6	570,6	387	957,6
15	6	570,6	390,6	961,2
16	6	576	390,6	966,6
17	6	572,4	392,4	964,8
18	6	572,4	390,6	963
19	6	570,6	388,8	959,4
20	6	585	390,6	975,6
21	6	585	388,8	973,8
22	6	590,4	390,6	981
23	6	594	396	990
24	6	603	401,4	1004,4

По таблице нагрузок строим график активной нагрузки.

Рисунок 1 - График активных нагрузок

Находим среднюю активную мощность Рсм, кВт по выражению

Рсм = Эа / Ти,

где Эа - расход активной электроэнергии за характерный интервал времени;

Ти - интервал времени;

На основании графика нагрузок определили расход активной электроэнергии за сутки:

Эа = 1004,4 кВт*ч;

cosф = 0,9;

tgф = 0,484;

Ти = 24 часа.

Рсм = 1004,4 / 24 =41,85 Вт;

Расчетную активную нагрузку Рр, кВт определяем по средней мощности и коэффициенту формы графика нагрузки:

Рр = Кфа*Рсм,

где Кфа - коэффициент формы графика.

Определим Кфа графика нагрузки по формуле:

Кфа = ,

где т - число интервалов, на которое разбит график нагрузки.

Для определения Кфа рассмотрим суточный график нагрузки, следовательно, т принимаем равным 24.

Кфа = = 1,15* =1,3

Находим расчетную мощность:

Рр = 1,3*975,3 = 1267,89 кВт

Определим реактивную расчетную мощность Qр, кВАр, по формуле:

Qр = Рр*tgф

Qр = 975,3*0,484 =613,6 кВАр

Определим полную расчетную мощность по формуле:

Sр =

Sр = = 3653,28 кВА

3.2 Расчет и выбор питающих линий

Питание КП-21 осуществляется двумя вводами:

- с ТЭЦ-4, кабельной линией электропередачи напряжением 6кВ;

-с КП-21, кабельной линией электропередач напряжением 6 кВ.

Силовые кабели выбирают по конструктивному выполнению, по направлению и по экономической плотности тока и проверяем на максимально-длительный ток нагрузки и термическую устойчивость при коротком замыкании.

Выбор марки кабеля по конструктивному исполнению, должен

производиться с учетом назначения кабеля и способа его прокладки. При этом

должны быть учтены:

- число и материал шин;

- род изоляции;

- конструкция защитных покровов и другие особенности кабеля.

Выбор кабеля по напряжению Uном, кВ.

Кабели надежно работают при напряжении, превышающем их номинальное значение на 15%. Так, как максимальное рабочее напряжение электроустановок превышает их номинальное значение не более чем на 5-10%, то при выборе кабеля по напряжению достаточно соблюдать условие: [4, с.178]

Uн.каб ≥ Uн.уст,

где Uн.каб. - номинальное напряжение кабеля, кВ

Uн.уст. - номинальное напряжение установки, численно равное номинальному напряжению сети, питающейся от данной установки, кВ.

6 кВ ≥ 6кВ - условие выполняется

Выбор сечения кабеля по экономической плотности тока.

Для выбора кабеля по экономической плотности тока в ПУЭ [п. 3-6] установлены значения экономических плотностей тока Jэк для силовых кабелей и изолированных проводов, пользуясь которыми и следует определить сечение кабелей Sэк, мм ² по формуле [4,с.178]

Sэк = Iн / Jэк,

где Iн - ток наибольшей длительной нагрузки цепи в нормальном режиме работы, А;

Jэк - экономическая плотность тока.

Полученное по условию формулы сечение округляют до ближайшего большего стандартного по справочнику значения.

При выбранном таким образом кабеле обеспечивается достаточно высокая экономическая эксплуатация и в то же время рациональная экономия средств и цветного металла.

Производим выбор сечения кабельной линии по экономической плотности тока. Экономическая плотность тока для кабелей с бумажной изоляцией с алюминиевыми жилами при годовом числе часов использования максимума активной мощности Тм > 4000 часов в год равно Jэк = 1,4 А/мм ² [4, с.207].

Выбираем кабель марки АСБГ-6 4(3*150)

где А - алюминиевая жила;

С – свинцовая оболочка;

Б – бумажная изоляция;

6 – номинальное напряжение, кВ;

4 - количество кабелей;

3 - количество жил в кабеле;

150 - номинальное сечение кабеля.

Определяем номинальный расчетный ток Iр, А питающей линии [2,с. 240]:

Iр =

где Sр - расчетная нагрузка, кВА;

Uн - номинальное напряжение, кВ.

Iр = 1,4*3653,27/ (2* *6,3) = 234,61 А

Находим экономическое сечение Sэк, мм ² по формуле [5, с178].

Sэк = Iр / Jэк;

Sэк = 234,61 / 1,4 = 328,45 мм ²

Полученное по условию формулы сечение округляется до ближайшего большего стандартного сечения по справочнику.

Ближайшее большое сечение равно 150 мм ².

С учетом развития предприятия перспективой на десять лет принимаем

кабели сечения 185 мм ².

Питающий кабель прокладывается в траншее от ТЭЦ-4 до КП-21 и по условию прокладки, выбираем 4 кабеля марки АСБГ-6 4(3*150)Кабель алюминиевый с бумажной изоляцией, номинальное напряжение равно 6кВ.

Длительно-допустимый ток для этого кабеля Iд.д. = 4*225=900А [4, с.382].

Выбор кабеля по максимально-длительному току нагрузки производится из условия [4, с.182].

Iд.д. ≥ Iр.макс,

где Iд.д. - длительно-допустимый ток нагрузки по кабелю, А;

Iр.макс. - максимально длительный ток нагрузки, А.

900А ≥ 589 А - условие выполняется

Проверка выбранного сечения по потере напряжения [4, с.32].

;

где Iр - расчетный ток в линии, А;

L - длина кабельной линии, м;

j - удельная проводимость проводника, м/Ом*мм ²;

Sст - сечение кабеля, мм ².

При температуре +20 ⁰С для алюминия j = 32 м/Ом*мм ².

Согласно ПУЭ потеря в кабеле не должна превышать 5%, т.е. выбранное в рабочем режиме сечение кабеля проходит по потере напряжения.

На первый ввод:

= 160 В

U_доп U%;

5% 3%

Условие выполняется.

Согласно ПУЭ потеря в кабеле не должна превышать 5% выбранное в рабочем режиме сечения кабеля , проходит по потере напряжение

3.3 Расчет токов короткого замыкания

Коротким замыканиями (к.з.) называется непосредственное соединение между любыми точками разных фаз, фазы и нулевого провода или фазы с землей, не предусмотренное нормальными условиями работы. Большая часть аварий в электрических системах вызывается короткими замыканиями. Во многих случаях короткое замыкание сопровождается повреждением электрооборудования и нарушением электроснабжения потребителей.

Следовательно, надо уметь рассчитывать токи короткого замыкания для выбора аппаратуры электросети и разработки мероприятий обеспечивающих работу системы электроснабжения при внезапном коротком замыкании. Токи короткого замыкания рассчитывают для тех точек сети, при коротком замыкании в которых аппараты и токоведущие части будут находиться в наиболее тяжёлых условиях. Для вычисления токов короткого замыкания составляют расчетную схему, на которую наносят все данные, необходимые для расчёта, и точки, в которых следует определить токи короткого замыкания.

По расчётной схеме составляют схему замещения, в которой все элементы представляют в виде индуктивных и активных сопротивлений, выраженных в относительных единицах или омах. При расчете токов короткого замыкания в установках напряжением свыше 1 кВ обычно пользуются системой

относительных единиц, а в установках до 1 кВ сопротивления выражают в омах.

Рисунок 3 - Расчётная схема

Рисунок 4 - Схема замещения

Расчет сводится к определению суммарного сопротивления короткозамкнутой цепи до предлагаемого места короткого замыкания и мощности короткого замыкания. Для перехода к расчету в относительных единицах принимаем произвольно две базисные величины - базисную мощность Sб и базисное напряжение Uб.

Короткое замыкание произошло в точке К1 и К2. Принимаем Sб = 100 мВА, Uб = 6,3 кВ. Базисный ток Iб, кА, определяется по формуле:

Iб = ;

Iб = 100/1,73*6,3 = 9,2 кА

Находим относительные сопротивления линии по формуле:

где Хо - удельное индуктивное сопротивление линии, Ом/км;

L - длина линии, км;

Uн - первичное напряжение ГПП, кВ;

Сопротивление Хо = 0,08 Ом/км [1, с335].

Сопротивление Хо зависит от марки и сечения линии и её напряжения.

Хкл₁ = 0,074*0,7*100/6,3 ² = 0,13

Хкл₂ = 0,074*0,717*100/6,3 ² = 0,133

Сопротивление Хрез. определяется как сумма относительных сопротивлений системы и питающей линии:

Хрез = Хс + Хкл

где Хкл - относительное сопротивление линии;

Хс - относительное сопротивление системы.

По данным с ТЭЦ-4 на шинах 6 кВ в период максимума системы равна Sc=130 мВА. Сопротивление в системе определяется по формуле:

Хс = Sб / Sс

Хс = 100 / 130 = 0,77

Хрез₁ = 0,13 + 0,13 = 0,260

Хрез₂ = 0,13 + 0,133 = 0,263

Токи короткого замыкания в точках К1 и К2 определяем по формуле:

Iк = Iб / Хрез,

где Хрез - относительное результирующее сопротивление цепи.

Iк₁ = 9,2 / 0,260 = 35,4 кА

Iк₂ = 9,2/ 0,263 = 34,9 кА

Для дальнейших расчетов принимаем Iк = 35,4 кА

Находим мощность короткого замыкания Sк.з в точках К1 и К2 по формуле:

Sк.з = Sб / Крез

Sк.з₁ = 100 / 0,260 = 384,6 мВА

Sк.з₂ = 100 / 0,263 = 380,2 мВА

Мгновенное значение ударного тока короткого замыкания в точках К1 и К2 определяется по формуле:

iуд = 2,55*Iк

iуд₁ = 2,55*35,4 = 90,27 кА

iуд₂ = 2,55*34,9 =89 кА

Расчетные значения токов короткого замыкания заносим в сводную таблицу.

Таблица 2 - Значения тока короткого замыкания

Место короткого замыкания	Ток короткого замыкания, кА	Ударный ток короткого замыкания, кА	Мощность короткого замыкания, мВА
точка К1	35,4	90,27	384,6
точка К2	34,9	89	380,2

3.4 Выбор токоведущих частей и электрических аппаратов

3.4.1 Выбор высоковольтных выключателей

Выключатели напряжением свыше 1кВ предназначены для включения и отключения электрических цепей высокого напряжения под нагрузкой, а также для отключения их при коротких замыканиях. Выключатели должны обладать достаточной отключающей способностью, возможно меньшим временем действия, высокой надежностью работы. Выключатели выбираются по номинальному напряжению Uн, кВ, номинальному току Iн, А, типу; роду установки и проверяют в режиме короткого замыкания термическую динамическую стойкость (электродинамическую), а также на отключающую способность.

Высоковольтные аппараты выбираются на основании сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными.

Выбираем выключатель типа ВВЭ-6-20/630 УЗ и проверяемее его,

где ВВЭ - выключатель вакуумный, электромагнитный привод ;

6- номинальное напряжение, Uном = 6 кВ;

20 - ток отключения, равен току термической стойкости, Iоткл.в = Iт.с. = 20кА;

630 - номинальный ток, А;

У – умеренный климат;

З – внутренней установки.

Выбор выключателей по напряжению сводится к сравнению номинального напряжения выключателя Uном и рабочего напряжения установки Uраб, то есть должно выполняться условие:

Uном ≥ Uраб,

где Uном = 6кВ;

Uраб = 6кВ.

6 кВ = 6 кВ - условие выполняется

Выбор по номинальному току сводиться к выбору выключателя, у которого номинальный ток является ближайшим большим к расчетному току, то есть выражению: [4, с.248].

Iн.в ≥ Iр,

где Iн.в - номинальный ток выключателя, А;

Iр - расчетный ток, А.

Расчетный ток Iр, А, находим по формуле [4, с194].

Iр = ,

где Рр - расчётная нагрузка на подстанцию, кВт

Uн - номинальное напряжение, кВ;

Iр = = 115 А

1000А > 115 А - условие выполняется.

Выбор по отключающей способности сводиться к проверке тока, чтобы расчетный ток отключения был меньше тока отключения выключателя [4, с.249].

Iоткл.в ≥ Iк.з

где Iоткл.в - ток отключения выключателя, кА;

Iк.з - ток короткого замыкания, кА.

40кА ≥35,4кА - условие выполняется

Проверяем выключатель на электродинамическую стойкость по неравенству:

iмах ≥ iу,

где iмах - ток динамической стойкости выключателя, кА; iмах = 120 кА

iу - ударный ток короткого замыкания, кА. iу = 89 кА

120кА ≥ 89кА - условие выполняется

Проверяем на термическую стойкость по неравенству [4, с.251].

I_t ²*t_T ≥ Вк,

где I_t - ток термической стойкости, кА;

t_T - время термической стойкости, с;

Вк - тепловой импульс, кА ²*с.

Определим I_t и t_T [5, с.169].

I_t - 40 кА;

t_T - 4 с.

Тепловой импульс Вк, кА ²*с, находим по формуле [5, с139]:

Вк = I_∞ ²*tп,

где I_∞ - расчетный ток замыкания, при времени t = ∞;

tп - приведенное время, с.

Приведенное время складывается из времени срабатывания релейной защиты tс.з, с, и времени отключения выключателя Tоткл.в, с.

tп = tс.з + Tоткл.в.

Время отключения выключателя Tоткл.в = 0,08 с [5,с.167].

При коротком замыкании на шинах распределительной подстанции, выключатель отключается по действиям максимально-токовой защиты, задержка времени которой tз.в находиться из суммирования времени срабатывания защиты tс.з и времени селективности ∆t, с.

∆t = 0,4 . . . 0,7 с [5, с.130].

tз.в = tс.з + ∆t

tз.в = 0,5 + 0,5 = 1 с.

tп = 1 + 0,08 = 1,08 с.

Находим тепловой импульс Вк, кА²*с.

Вк = 35,4 ²*1,08 = 1353 кА²*с

Проверяем неравенство термической стойкости

I_t ²*t_T ≥ Вк,

40 ²*4 ≥ 1353

6400 кА²*с ≥ 1353 кА²*с - условие выполняется

Таблица 3 - Технические данные выключателя типа ВВЭ-10-20/630 УЗ

Uном, кВ	Iн, кА	Iн.откл, кА	Предельно сквозной ток, кА	Ток термической стойкости и время его действия, кА/с	Tоткл,сек
6	1000	40	128	40/4	0,075

3.4.2 Выбор разъединителей

Основным назначением разъединителей является, обеспечение безопасности производства работ в электроустановках напряжением выше 1кВ. Разъединители позволяют надежно отсоединить (изолировать) те части установки, на которых должны производиться ремонтные работы, от других ей частей, остающихся под напряжением. Благодаря разъединителям удается обеспечить безопасность ремонта электрооборудования без нарушения нормальной работы других частей установок.

Разъединители не имеют дугогасительных устройств, поэтому ими нельзя отключать токи нагрузки, при которых на их контактах образуется мощная электрическая дуга, которая может разрушить как сам разъединитель, так и ближайшее к нему оборудование. Поэтому разъединители нормально используются для включения и отключения обесточенных частей установки, предварительно отключенных выключателей. Разъединители должны обладать достаточной для данной установки электродинамической и термической устойчивостью и должны быть механически прочными, выдерживая без каких либо повреждений установленное нормами число включений и отключений.

Классификация разъединителей:

- по числу полюсов (однополюсные или трёхполюсные);

- по роду установки (для внутренних или наружных установок);

- по способу расположения ножей (с вертикальным или горизонтальным);

- по конструкции:

- рубящего типа - с вращением ножей в плоскости осей изоляторов;

- поворотного типа - с вращением ножей в плоскости перпендикулярной осям изоляторов;

- штепсельного типа - с изоляторами, движущимися при включении и отключении вдоль своей оси и др.

Отечественные заводы изготавливают разъединители для внутренней и наружной установки на все напряжения до 500 кВ включительно [4, с.101].

Методика выбора ведется по источнику [4].

Для данной коммутационной подстанции выбираем разъединитель для внутренней установки, трёхполюсный, рубящего типа, нормально устанавливаемый в вертикальном положении. Управление разъединителем будет осуществляться специальным приводом, который при помощи стальных тяг соединяют с приводным рычагом на валу разъединителя, управление приводом осуществляется вручную, непосредственно дежурно-обслуживающим персоналом при отключенном выключателе.

Выбираем разъединитель марки РВ-6/1000 УЗ.

Маркировка: Р - разъединитель;

В - внутренней установки;

6 - номинальное напряжение;

1000 - номинальный ток;

Проверяем данный разъединитель по номинальному напряжению Uном, кВ, исходя из неравенства [4, с.220]

Uн.р. ≥ Uном.

где Uн.р. - номинальное рабочее напряжение, кВ;

Uном. - номинальное напряжение электроустановки, кВ;

6кВ ≥ 6кВ - условие выполняется

Выбираем по номинальному току Iном, А [4, с.240].

Iн.в. ≥ Iном.

где Iн.в. - номинальный ток разъединителя;

Iном. - номинальный ток электроустановки

1000А ≥ 115А - условие выполняется

Проверяем данный разъединитель на термическую стойкость по неравенству [4, с.251]

I_t ²*t_T ≥ Вк,

где I_t - ток термической стойкости, кА;

t_T - время термической стойкости, с;

Вк - тепловой импульс, кА ²*с.

Определим по марке разъединителя I_t и t_T [5, с.169]

I_t = 40 кА

t_T = 4с

Тепловой импульс Вк, кА²*с, нам известен из расчета и выбора выключателя [3.4.1]

40 ²*4 ≥ 1353

6400 кА²*с ≥ 1353 кА²*с - условие выполняется

Проверяем на динамическую стойкость токами короткого замыкания по неравенству [4, с.242]

iн.д. ≥ iу,

где iн.д. - предельный сквозной ток короткого замыкания, кА; iн.д.= 52 кА

iу - ударный ток короткого замыкания, кА. iу = 17,7 кА

120кА ≥ 89 кА - условие выполняется

Выбран разъединитель марки РВФ-10/100 УЗ.

Таблица 4 - Технические данные разъединителя типа РВФ-10/100УЗ.

Тип	Uном, кВ	Iн, А	Предельно сквозной ток ножей, кА	Ток термической стойкости ножей и время его действия, кА/с
РВФ -10-100УЗ	10	1000	120	40/4

3.4.3. Выбор шинопровода

В закрытых и открытых распределительных устройствах всех напряжений, электрических станции и подстанции, все соединения между аппаратами в отдельных цепях выполняют шинами. Шины это не изолированные проводники, прямоугольного, круглого и трубчатого сечении, укрепленные на изоляторах.

Шины распределительных устройств выше 1кВ делают из меди, алюминия, стали. Наиболее распространены алюминиевые шины прямоугольного сечения, которые более экономичны, нежели круглые шины сплошного сечения. При одинаковой площади поперечного сечения прямоугольные шины лучше охлаждаются, вследствие большей поверхности охлаждения. Кроме того, при переменном токе электрическое сопротивление круглых шин больше, чем прямоугольных той же площади сечения, вследствие поверхностного эффекта - неравномерного распределения переменного тока по сечению шин. В целях лучшего охлаждения, уменьшения влияния поверхностного эффекта целесообразно применить прямоугольные шины малой толщины.

Исходя из итого, а также учитывая механическую прочность, медные и алюминиевые шины обычно имеют соотношение сторон от 1/5 до 1/12 (наибольшая шина 10x120 = 1200 мм²). Стальные шины в установках переменного тока применяют не толще 4 мм.

В зависимости от величины тока шины собирают по одной, две, три и более полос в одном пакете на фазу. Для токов свыше 3000 А применяют шины короткого сечения. Окраска шин в распределительном устройстве^:

-А-желтая;

- В - зеленая;

-С-красная.

При шатании шины прямоугольного и короткого сечения закрепляют на опорных изоляторах при помощи шинодержателей. В установках переменного тока, планку шинодержателя выполняют из немагнитного чугуна при медных шинах и из алюминия при алюминиевых шинах. Круглые шины крепят на опорных изоляторах при помощи скоб [4].

Для данной распределительной подстанции необходимо выбрать сечение и форму шин. Методики выбора шин ведется согласно источника [4].

Сечение сборных шин распределительной подстанции 10кВ по экономической плотности тока не выбираем.

Производим выбор шин при условии работы коммутационной подстанции от одного кабельного ввода №28, то есть с учетом полной нагрузки.

Сечение сборных шин при условий длительного нагрева допустимым током Iд.д. в зависимости от расчетного тока Iр, А [4, с.167]

Iд.д. ≥ Iр

где Iд.д. - длительный допустимый ток нагрузки на шину, А;

Iр - максимальный расчетный ток длительный ток нагрузки, А.

Расчетный ток Iр, А находим по формуле [4, с173]

Iр = ,

где Рмах - максимальная нагрузка, кВт

Uн - номинальное напряжение, кВ;

Iр = = 115 А

Выбираем однополосные алюминиевые шины сечением 15*3 с длительно допустимым Iд.д. = 165А

Производим проверку, выбранных шин, в режиме короткого замыкания на термическую стойкость по условию [4, с.168]

S ≥ Smin

где S - выбранное сечение шин, мм ²;

Smin - минимальное сечение шин по термической стойкости, мм ².

Выбранное сечение S = 15*3 = 45 мм ²

Минимальное сечение Smin, мм ² выводим по формуле [4, с.169]

Smin = ,

где I_∞ - расчетный максимальный ток короткого замыкания, кА;

tп - приведенное время протекания тока короткого замыкания, с;

С - коэффициент составляющей разности выделенной теплоты для охлаждения.

I_∞ - 34,9 кА [табл. 2];

С = 88 [5, c. 149].

Приведенное время tп.с. - время протекания тока короткого замыкания находим по времени срабатывания релейной защиты tс.з., с, и времени отключения выключателя tоткл.в., с.

tп = tс.з. + tоткл.в.

где tc.з. - время срабатывания защиты, с;

tоткл.в. - время отключения выключателя, с.

tп = 1 + 0,08 = 1,08 с;

Smin = = 0,12 мм ²

мS ≥ Smin;

45мм ² ≥ 0,12мм ² - условие выполняется

Проверяем выбранное сечение шин в режиме короткого замыкания на динамическую стойкость.

Действующее на шины усилие F ³, Н определим по формуле [5, с.170].

F ³ = 1,76*(l/a)*( i_у ³) ²*10 ^-7,

где L - расстояние между изоляторами, см;

a - расстояние между фазами, см;

i_у³ - ударный ток короткого замыкания, кА;

L = 150 см

а = 20 см

i_у³ = 89 кА

F ³ = 1,76*(150/20)*89 ²*10^-2 = 1045Н

Определим изгибающий момент М, Н*см, создаваемый усилием F ³, Н, по формуле [5, с.171]

М = F ³*L/10,

где L - расстояние между изоляторами, см;

F ³ - действующее усилие, Н.

М = 1045*150/10 = 15675 Н*см

Момент сопротивления W, см ³, создающийся в шинах, определяем по формуле [5, с.301]

W = в*h ²/6

где в - высота шины, см; в = 3 см;

h - ширина шины, см; h = 15 см;

W = 3*15 ²/6 = 1125 см ³

Напряжение в шинах от изгиба 𝜎 , Па, определяем по формуле [5, с.171]

𝜎 = М/W,

где М - изгибающий момент, Н*см;

W - момент сопротивления, см ³.

𝜎 = 15675/1125 = 14мПА

Допустимое напряжение 𝜎д = 90мПА [5, с.170].

𝜎д ≥ 𝜎

90мПА ≥ 14мПА

Выбор сборных шин произведен. Выбраны алюминиевые шины 3*15

3.4.4. Выбор опорных изоляторов

Изоляторы выбирают по двум условиям: по номинальному напряжению и по допустимой механической нагрузке при трёхфазном коротком замыкании. При выборе допустимой нагрузки должно соблюдаться неравенство

Fдоп ≥ Fрас

Расчетная нагрузка Fрас не должна превышать 60% от разрушающей нагрузки для данного типа аппарата, при расположении шины плашмя:

Выбираем изолятор типа ОФ-6-750 (изолятор фарфоровый, номинальное напряжение 6кВ, допустимое усилие на изолятор 750Н)

Проверяем выбранный опорный изолятор.

Расчетная нагрузка равна:

Fрас = 1,76*(l/a)*i_у ²*10 ^-7,

где L - расстояние между изоляторами, м;

a - расстояние между шинами м;

i_у - ударный ток короткого замыкания, кА;

L = 150 мм = 15 см = 0,15 м

а = 120 мм = 12см = 0,12 м

i_у³ = 23,4 кА

F ³ = 1,76*90,27²*1,5/0,2*10^-7 = 119,156Н

Fдоп = 0,6*Fдоп.и,

где Fдоп.и - допустимое усилие на изолятор.

Fдоп = 0,6*250 = 450 Н

Fдоп ≥ Fрас

450Н ≥ 119,156Н - условие выполняется

Опорный изолятор марки ОФ-6-750 выбран верно.

3.4.5 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока это электромагнитные устройства, которые применяют в установках переменного тока всех напряжений для питания последовательных катушек измерительных приборов и реле.

Первичную обмотку трансформатора тока включают в цепь последовательно, а к вторичной обмотке так же последовательно присоединяют катушки приборов и реле. Выдираем трансформатор тока ТПЛ-6-150\5 [2с402].

Т – трансформатор; П - проходной; Л – литая изоляция;10 - номинальное напряжение U_Н = 6 кВ_: класс точности - 0,5; вторичная ток – 5А.

Выдираем трансформатор тока по номинальному напряжению, то есть должно соблюдаться неравенство

U_ном ≥ U_нс

где U_ном – номинальное напряжение трансформатора;

U_нс – напряжение сети.

10 кВ ≥ 6 кВ – условие выполняется

Рисунок 5 - Схема включение трансформатора тока

Трансформатор тока выбирают по расчетному первичному максимальному току, то есть должно соблюдаться условие, чтобы первичный ток трансформатора тока I_н1 , А, был больше или ровен расчетному току нагрузки I_р.

I_н1 ≥ I_р

где I_н1 = 150А;

I_р = 115А.

150А ≥ 115А – условие выполняется

Выбираем трансформаторы тока по номинальной вторичной нагрузке Z₂ , Ом или S, ВА по условию

Z_доп ≥ Z₂

где Z_доп - номинальная допустимая нагрузки трансформатора тока в водном классе точности, Ом;

Z₂ - вторичная нагрузка, Ом.

При подключении трансформаторов тока измерительных приборов по схеме на рисунке 4, вторичная нагрузка Z₂,0м трансформатора складывается по формуле [4, с.256].

Z₂ = r_приб + r_np + r,

где r_иб - сопротивление последовательно включенных обмоток реле, Ом;

r_пр - сопротивление проводов, Ом_;;

r_к - переходное сопротивление контактов, Ом.

Сопротивление последовательно включенных обмоток приборов r_приб Ом находим по формуле [5, с. 311].

r_приб = S_приб/I_н2²

где S_npиб - мощность потребляемая приборами, ВА_:;

I_н2 - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, А.

Мощность S_nриб =4,5 ВА - для стандартных приборов [3, с. 301]. Номинальный ток I_н2= 5А [4, с. 402]

r_приб = 4,5/5 ²= 0,18 Ом

Сопротивление соединительных проводов r_пр зависит от длины L, м и сечения S, мм². Что бы трансформатор тока работал в выбранном классе точности необходимо соблюсти условие

r_пр = Z_доп * (r_приб + r_к)

где Z_доп - номинальная допустимая нагрузка трансформатора в выбранном классе точности, Ом, Z_доn =2,4 Ом [4, с.403];

r_приб - сопротивление последовательно включенных обмоток приборов, ОМ;

r_к - переходное сопротивление контактов, Ом. r_к = 0,1 Ом [4, С.312].

r_пр = 2,4* (0,18 + 0,1) = 2,12 0м;

Z₂ = 0,18 + 2,12+,01 = 2,4 0м;

2,4 0м ≥ 2,4 0м – условие выполняется

Проверяем трансформатор в режиме короткого замыкания на электродинамическую стойкость по условию [4, с. 312].

к_g *2 * I_н1 ≥ i_у

где Kg - краткость электродинамической стойкости;

I_н1 - номинальный ток первичной обмотки трансформатора, А;

I_у - ударный ток короткого замыкания в точке К1, кА;

I_н1 = 150А [2, с. 402];

Kg = 250 [4, с 182]

i_у = 89кА.

250 * 2 * 150 ≥ 89 кА

325кА ≥ 89кА – условие выполняется

Проверяем трансформатор тока при коротком замыкании на термическую стойкость по условию [4, с. 314].

(к_Т * I_н1) ² * t_m ≥ В_к

где к_Т - краткость термостойкости; к_Т=45кА [4, с. 182].

t_m - время термостойкости с, t_m = 3 с

I_н1 - номинальный первичный ток, А,

В_к - тепловой импульс, кА^2*с,

(45*150) ² * 3 ≥ 1353кА^2*с

455625 кА^2*с ≥ 1353 кА^2*с - условие выполняется

Выбираем трансформатор тока марки ТПЛ-6 - 150\5.

3.4.6 Выбор трансформаторов напряжения.

Рисунок 6 - Схема включения одного пяти стержневого трансформатора напряжения.

Трансформаторы напряжения выбирают по следующим условиям^: номинальному первичному напряжению, классу точности, по номинальной мощности вторичной обмотки.

Трансформаторы напряжения питают вольтметры, счетчики учета электроэнергии, реле напряжения, обмотки напряжения реле мощности.

Мощность приборов, подключаемых к трансформатору, рассчитывается от типа и числа приборов и от схемы соединения трансформаторов. При использовании двух однофазных трансформатора, соединенных в открытый треугольник или трехфазного вторичная расчетная нагрузка трансформатора напряжения приближенно вычисляется по формуле

S_р2 = ∑S_приб = 47 ВА

Выбираем трансформатор напряжения типа НТМИ-10-66 с

U_н = 6,3кВ,

S_н2 = 120ВА.

S_н2 ≥ S_р2

120 ВА ≥ 47 ВА – условие выполняется

Класс точности трансформатора напряжения выбирают в зависимости от назначения и типа подключаемых приборов, а именно по классу точности прибора требующего наивысшего класс точности. Таким прибором является счетчик учета электроэнергии класса точности 0,5 для денежного расчета. Измерительные приборы можно питать от трансформаторов класса точности 1. Трансформатор напряжения типа НТМИ-10-66 0,5/10Р.

Он является масштабным преобразователем и предназначен для работы в шкафах КРУ, в закрытых РУ промышленных предприятии. Трансформатор служит для выработки сигнала измерительной информации для электрических измерительных приборов, защиты и сигнализации в сетях с изолированной или с заземленной нейтралью, а также для контроля изоляции в сети 6 кВ и 10 кВ с любым режимом заземления нейтрали.

Таблица 5 - Технические параметры трансформатора напряжения НТМИ-10-66

Тип	ин			SH, ВА		Smax, ВА
	ВН, кВ	НН, кВ			Класс точности 0,5
		основной	дополнит
НТМИ-10-66	10000	0,1	0,1/3		120		1000

3.5 Расчет и выбор освещения

Проектируем общее освещение коммутационной подстанции, план которого изображен на рисунке 7. Известно, что высота помещения 4,5м, длина и ширина помещения 10*4,5м, а в качестве источников света в здании на проектирование указаны лампы накаливания на U = 220 В.

Выберем норму освещенности и коэффициент запаса.

1. Для коммутационной подстанции, при освещенности ламп накаливания минимальная освещенность от светильников общего освещения на рабочей поверхности, должна быть 75лк, а коэффициент запаса 1,5.

2. Выберем тип светильника. Для производственных помещений высотой 4,5м наиболее подходящим является светильник Универсаль, так как он подходит для общего освещения помещения с нормальной пыльностью и влажностью.

3) Определим высоту подвеса светильников над полом и над рабочей поверхностью. Высота помещения равна 4,5м, принимая свес светильников с потолка hс = 0,5м и высоту рабочей поверхности hр = 0м, получаем:

а) Высота подвеса светильников над полом

hп = 4,5 - 0,5 = 4м

4) Подсчитываем расстояние между светильниками. Для светильника Универсаль наивыгоднейшее отношение расстояния между светильниками к высоте подвеса равно 1,5 , а наиболее допустимая 2,5.

а) наивыгоднейшее расстояние 40 * 1,5 = 8,1 м

б) наиболее допустимое 2,5 * 1,5 = 11,25 м.

5) Определяем общее количество светильников в помещении.

Из плана видно, что длина помещения 10м, ширина 4м, значит, вдоль помещения 2, а поперёк 1 светильник, всего в помещении устанавливаем 2 светильника.

6) Определим площадь освещаемого помещения

10 * 4 = 40 м ².

7) Определим общую мощность лампы во всех светильниках.