6.3 Вибір ізоляторів

В ЗРП шини закріплюються на опорних і прохідних ізоляторах.

Опорні ізолятори вибираємо:

1. по номінальній напрузі , =10 кВ;

2. по допустимому навантаженню ,

де сила, що діє на ізолятор; допустиме навантаження на головку ізолятора:

(6.15)

де – руйнуюче навантаження на вигин.

При горизонтальному або вертикальному розташуванні ізоляторів всіх фаз розрахункова сила, Н:

=1,73∙10^–7∙1,4(20,42∙10³)²∙1/0,8=126,24 Н.

Характеристики обраного з табл. А.9 опорного ізолятора:

С4-80 I УХЛ,Т1 - тип ізолятора, категорія розміщення, кліматичне виконання;

10 кВ - номінальна напруга;

= 4,0 кН - руйнуюче зусилля на вигин;

20 см - довжина шляху витоку струму;

190 мм – висота;

Настановні розміри: верх - D 36 мм, низ - D 70 мм;

2,5 кг – маса.

Допустиме навантаження на головку ізолятора, Н,

=0,6∙4∙10³=2400 (6.16)

Перевіряємо вибраний опорний ізолятор по допустимому навантаженню

, (6.17)

Маємо, Н: 126,24 2400

Таким чином, вибраний опорний ізолятор механічно міцний.

Прохідні ізолятори вибираємо:

1) по номінальній напрузі , =10 кВ;

2) по номінальному струмі , =1156 А (6.5);

3) по допустимому навантаженню ,

Характеристики обраного з табл. А.10 прохідного ізолятора:

ип-10/1600-750 У,ХЛ,Т2 - тип ізолятора, категорія розміщення, кліматичне виконання;

10 кВ - номінальна напруга;

= 1600 А - номінальний струм

= 0,750 кН - руйнуюче зусилля на вигин;

295 мм – висота;

3,8 кг – маса.

Для прохідних ізоляторів розрахункова сила, Н

=1,73∙10^–7∙1,4(20,42∙10³)²∙/(2∙0,8)=63,12 Н.

Допустиме навантаження на головку ізолятора, Н,

=0,6∙0,75∙10³=450. (6.18)

Перевіряємо вибраний опорний ізолятор по допустимому навантаженню

,

Маємо, Н: 63,12 450

Умова механічної міцності ізоляторів виконується.

Таблиця 6.8

Зведена таблиця по вибору ізоляторів РП НН підстанції

Параметри вибору	Умови вибору	Ізолятор		Перевірка умови
		Розрахункові дані	Тех. параметри
Опорний ізолятор
Номінальна напруга, кВ		10	10	10 10
Макс. руйнуюча сила, Н		126,24	2400	126,24 2400
Прохідний ізолятор
Номінальна напруга, кВ		10	10	10 10
Номінальний струм, А		1156	1600	1156 1600
Макс. руйнуюча сила, Н		63,12	450	63,12 450

6.4 Вибір і перевірка вимірювальних трансформаторів струму та напруги

Трансформатори струму призначені для зменшення первинного струму до значень, найбільш зручних для вимірювальних приладів і реле (номінальний вторинний струм 5 А, рідше 1 або 2,5 А), а також для відділення ланцюгів управління і захисту від первинних ланцюгів високої напруги. Трансформатори струму, вживані в РП, виконують одночасно роль прохідного ізолятора (ТПЛ, ТПОЛ). У комплектних РП застосовуються опорно-прохідні (стрижньові) трансформатори струму - ТЛМ. ТПЛК, ТНЛМ, шинні - ТШЛ. у РУ 35 кВ і вище - вбудовані, залежно від типу РП і його напруг.

Розрахунок трансформаторів струму на підстанції, по суті, зводиться до перевірки трансформатора струму, що поставляється комплектно з вибраною чарункою. Отже, марка трансформатора струму залежить від типу вибраної чарунки. Для вибраного типу чарунки КМ–1 приймаємо трансформатори типу ТОЛ-10, ТШЛ–10

У РП НН підстанції слід вибирати (перевіряти) трансформатори струму в чарунках наступних типів: введення, секційних ліній, що відходять, а також в чарунках трансформатора власних потреб(ТВП).

Окрім того, трансформатори струму вибирають:

1) по напрузі , при =10кВ.

2) по струму ( первинному і вторинному)

При цьому слід мати на увазі, що трансформатори з номінальним вторинним струмом 1А застосовуються на РУ 500 кВ і на могутніх РУ 330 кВ. В решті випадків застосовують трансформатори з вторинним струмом 5 А. Номінальний первинний струм повинен бути якомога ближче до розрахункового струму установки, оскільки недовантаження первинної обмотки трансформатора приводить до збільшення погрішностей. Розрахункові струми чарунок визначаються по виразах аналогічних при виборі вимикачів.

Для трансформатора струму чарунки вводу максимально можливий струм визначаємо, А (6. 1):

=40∙10³∙1,4/(2∙1,73∙10)=1618,

Для чарунки секційного трансформатора струму максимально можливий струм визначаємо, А (6.3):

=40∙10³∙1,4/(2∙2∙1,73∙10)=809.

Для трансформатора струму чарунки відхідної лінії максимальний робочий струм визначається, А (6.4):

=5∙10³/(∙1,73∙10)=289.

В чарунках трансформатора власних потреб (ТВП). При наближених розрахунках потужність, що витрачається на власні потреби підстанції, складає приблизно 1 відсоток від повної потужності підстанції:

. (6.19)

Для трансформатора струму в чарунках трансформатора власних потреб струм визначається, А:

=51,92∙10³∙0,01/(1,73∙10)=30. (6.20)

Попередньо з табл. А 11 приймаємо трансформатори струму, які мають параметри, наведені у табл.6.9.

Таблиця 6.9

Технічні параметри трансформаторів струму

Тип трансформа-тора струму	Коротка технічна характеристика
	Номінальна напруга, кВ кВ	Номінальний струм первинної обмотки, А	Номінальний струм| вторинної обмотки, А	Номінальне навантаження, Ом	Струм електродинамічної стійкості ,кА	Термічна стійкість,
						Кратність струму к.з.	Допустимий струм	Допустимий час дії, с,
чарунки вводу
ТШЛ–10–2000/5 У3	10	2000	5	0,8	–	35	–	3
секційної чарунки
ТОЛ-10-800/5 У3	10	800	5	0,4	100	–	31,5	3
чарунки відхідної лінії
ТОЛ-10-300/5 У3	10	300	5	0,4	100	–	31,5	3
чарунки трансформатора власних потреб
ТОЛ-10-50/5 У3	10	100	5	0,4	52	–	4,85	3

Вибраний трансформатор струму перевіряють на динамічну і термічну стійкість до струмів короткого замикання. Окрім цього трансформатори струму підбирають по класу точності, який повинен відповідати класу точності приладів, що підключаються до вторинного ланцюга вимірювального трансформатора струму (ВТС) - Щоб трансформатор струму забезпечив задану точність вимірювань, потужність підключених до нього приладів не повинна бути вище номінального вторинного навантаження, вказаного в паспорті трансформатора струму.

Термічну стійкість трансформатора струму порівнюють з тепловим імпульсом

(6.21)

де - номінальний первинний струм трансформатора струму;

- коефіцієнт термічної стійкості;

- тривалість протікання струму короткого замикання;

- тепловий імпульс з табл. 4.4.

Величини , є паспортними даними трансформатора струму.

Динамічну стійкість порівнюють з ударним струмом ( ):

(6.22)

де - коефіцієнт динамічної стійкості.

Навантаження вторинного ланцюга трансформатора струму може бути підраховане по виразу:

(6.23)

де - номінальний вторинний струм трансформатора струму;

- повний опір зовнішнього ланцюга.

(6.24)

де - сума опорів всіх послідовно включених обмоток приладів або реле;

- опір сполучних проводів;

- опір контактних з'єднань ( = 0,05 Ом, при 2 – 3-х приладах; при числі приладів більшому 3 = 0,1 Ом).

Приймаємо для трансформатора струму чарунки вводу = 0,1 Ом.

Приймаємо для чарунки секційного трансформатора струму = 0,05 Ом.

Приймаємо для трансформатора струму чарунки відхідної лінії

=0,05 Ом.

Приймаємо для трансформатора струму в чарунках трансформатора власних потреб =0,05 Ом.

Опір приладів визначається по формулі:

(6.25)

де - повна потужність всіх приладів, приєднаних до трансформатора струму табл.6.13.

Опір сполучних проводів знаходиться по формулі:

(6.26)

де - питомий опір проводу для алюмінію =0,0283 Ом∙м^–1;

- розрахункова довжина проводів;

- переріз проводів.

Довжина сполучних проводів залежить від схеми з'єднання трансформатора струму:

(6.27)

де - коефіцієнт, залежний від схеми включення;

- довжина проводів (для підстанцій приблизно можна визначити по табл. 6.13).

П ри включенні трансформатора струму в одну фазу = 2, при включенні трансформатора струму в неповну зірку , при включенні в зірку =1, рис 6.3.

Рис. 6.4. Схеми включення трансформаторів струму.

Мінімальний переріз дротів вторинних ланцюгів трансформатора струму не повинен бути менше 2,5 мм² (для алюмінію) і 1,5 мм² (для міді) по умові механічної міцності. Якщо до трансформатора струму приєднані лічильники, ці перерізи повинні бути збільшені до 4 мм² (для алюмінію).

Таблиця 6.10

Довжина сполучних дротів, м, від трансформаторів струму до приладів

(в один кінець)

Всі ланцюги ГРП 6 – 10 кВ, окрім ліній до споживачів	40...60
Ланцюги генераторної напруги блокових електростанцій	20...40
Лінії 6.10 кВ до споживачів	4...6
Всі ланцюги РУ:
35 кВ	60...76
110 кВ	75...100
220 кВ	100...150
330.500 кВ	150...175
Синхронні компенсатори	25...40

Приймаємо довжину проводів (табл.6.10) = 5м.

Приймаємо коефіцієнт (рис.6.4) =1,73.

Приймаємо переріз проводів =4мм².

Опір сполучних проводів, r_пров ,Ом:

=0,0283·1,73·5/4 =0,06

Таблиця 6.11

Розрахунок вторинного навантаження трансформаторів струму

Місце вста-нови	Назва Приладу	Тип При-ладу	Клас при-ладу	Потуж-ність однієї обмотки, ВА	Кіль-кість Обмоток	Навантаження ВА
						Фаза А	Фаза В	Фаза С
Ввод 10 кВ	Амперметр	Э335	1,5	0,5	1	0,5		0,5
	Лічильник активної енергії	САЗ-И670	2	2,5	2	2,5		2,5
	Лічильник реактивної енергії	СА3-И676	1,5	2,5	2	2,5		2,5
	Ваттметр	Д335	1,5	0,5	2	0,5		0,5
	Варметр	Д304	1,5	0,5	2	0,5		0,5
Всього						6,5		6,5
Секцій-ний вими-кач	Амперметр	Э335	1,5	0,5	1	0,5		0,5
Всього:						0,5		0,5
Ліній-ний вими-кач	Амперметр	Э335	1,5	0,5	1	0,5		0,5
	Лічильник активної енергії	САЗ-И670	2	2,5	2	2,5		2,5
Всього						3		3
Транс-форма-тор влас-них потреб	Амперметр	Э335	1,5	0,5	1	0,5		0,5
	Лічильник активної енергії	САЗ-И670	2	2,5	2	2,5		2,5
Всього						3		3

Розрахуємо r_2 для кожного з трансформаторів струму ( ). Результати розрахунку зводяться в таблицю 6.11a.

Таблиця 6.11a

Тип трансформа-тора	ТШЛ–2000/5 У3	ТОЛ–800/5 У3	ТОЛ–300/5 У3	ТОЛ–100/5 У3
Місце встановлення	Ввід	Секційний вимикач	Лінійний	Власних потреб
Навантаження, ВА	6,5	0,5	3	3
Опір приладів , Ом	0,26	0,02	0,12	0,10
Опір сполучних проводів, rпров Ом	0,06	0,06	0,06	0,06
Опір контактних з'єднань, Ом	0,10	0,05	0,05	0,05
Сумарне навантаження, r2, Ом	0,42	0,13	0,23	0,21

Результати розрахунку зводяться в таблицю 6.12:

Таблиця 6.12

Умови вибору трансформаторів струму

Тип трансформа-тора	ТШЛ–2000/5 У3		ТОЛ–800/5 У3		ТОЛ–300/5 У3		ТОЛ–100/5 У3
Місце встановлення	Ввід		Секційний вимикач		Лінійний		Власних потреб
Умови вибору	Розра-хункові пара-метри	Ката-ложні пара-метри	Розра-хункові пара-метри	Ката-ложні пара-метри	Розра-хункові пара-метри	Ката-ложні пара-метри	Розра-хункові пара-метри	Ката-ложні пара-метри
Uн.уст  Uн,кВ	10	10	10	10	10	10	10	10
Ip.max  I1Н, А	1618	2000	809	800	289	300	30	100
r2  r2Н, Ом	0,42	0,8	0,13	0,4	0,23	0,4	0,23	0,4
iуд  Iн.дін, кА	20,42	70	20,42	100	20,42	100	20,42	52
Вк  I2т tт, кА²с	64,37	14700	64,37	2977	64,37	2977	64,37	71

Умови термічної та електродинамічної стійкості вибраних трансформаторів струму виконуються.

Трансформатор напруги призначений для пониження високої напруги до стандартного значення або В і для відділення ланцюгів вимірювання і релейного захисту від первинних ланцюгів високої напруги. Залежно від призначення можуть застосовуватися трансформатори напруги з різними схемами з'єднання обмоток.

Для живлення приладів, що мають дві обмотки напруги (ватметри, лічильники) доцільно застосовувати два однофазні трансформатори напруги, типу НОЛ або НОМ, сполучених по схемі відкритого трикутника. При використанні трансформатора напруги для контролю ізоляції в мережах з ізольованою або резонансно-заземленою нейтралу (мережі 6–35 кВ) слід застосовувати трансформатор напруги НТМІ, НАМИ або групу з трьох однофазних трансформаторів напруги типу ЗНОМ, ЗНОЛ, що мають дві вторинні обмотки.

Докладніші відомості про конструкції трансформаторів напруги і області їх застосування приведені [7, 12].

Трансформатори напруги вибираються:

1. 1) по напрузі

(6.28)

2) по конструкції і схемі з'єднання обмоток;

3) по класу точності (не нижче класу точності приладів, що підключаються).

Рис.6.5. Трифазна схема включення пристроїв та реле в ланцюг трансформаторів напруги.

Трансформатори напруги перевіряються по вторинному навантаженню:

де - номінальна потужність трансформатора напруги у вибраному класі точності;

- навантаження всіх вимірювальних приладів і реле, приєднаних до трансформатора напруги, В·А;

Навантаження всіх вимірювальних приладів і реле визначається за формулою:

(6.29)

Якщо вторинне навантаження перевищує номінальну потужність трансформатора напруги у вибраному класі точності, то встановлюють другий трансформатор напруги і частина приладів приєднують до нього. Переріз проводів в ланцюгах трансформаторів напруги визначається по допустимій втраті напруги [5].

Для спрощення розрахунків при учбовому проектуванні можна приймати перетин дротів по умові механічної міцності: 1,5 мм² для мідних жив і 2,5 мм² для алюмінієвих.

При виборі марки трансформатора напруги слід орієнтуватися на ті трансформатори, які встановлюється в чарунках вибраного типа, а вже потім, виписавши їх каталожні дані, проводити перевірку по всіх параметрах. На дію струмів короткого замикання трансформатори напруги не перевіряються.

Схеми підключення приладів до трансформаторів напруги показані на рис.6.5.

Для живлення обмоток напруги вимірювальних приладів однієї секції шин приймаємо до установки три однофазних трансформатора напруги, вибраних з табл. А12. Технічні параметри трансформатора напруги:

знол.09–10У2 - тип трансформатора напруги ;

10000 В - номінальна первинна напруга;

100 В - номінальна вторинна напруга основної обмотки;

S_nnmv - 150 ВА - номінальне навантаження в класі точності 1;

300 ВА - номінальне навантаження додаткової обмотки;

630 ВА - максимальне навантаження;

m_ф =1 шт - кількість фаз трансформатора.

Розрахункове навантаження трансформатора напруги приведене в таблиці 6.13.

Таблиця 6.13

Розрахункове навантаження трансформатора напруги

Місце встано-влення приладів	Назва приладу	Тип приладу	Кіль-кість обмо-ток	Потужність однієї обмотки , Вт	Сos	Sin	Кіль-кість при-ладів	Загальна потужність
								Р,Вт	Q, вар
Ввід 10 кВ	Ватметр	Д335	2	1,5	1	0	1	3	0
	Варметр	Д304	2	2,0	1	0	1	4	0
	Лічильник активної енергії	САЗ-И670	2	1,5	0,38	0,925	1	3	8,0
	Лічильник реактивної енергії	САЗ-И676	2	3	0,38	0,925	1	6	16,4
Збірні шини 10кВ	Вольтметр	Э355	1	2	1	0	2	4	0
Лінії споживачів 10 кВ	Лічильник активної енергії	САЗ-И670	2	1,5	0,38	0,925	3	9	21,91
Всього:								29	46,31
Загальна потужність приладів, , ВА								54,64

Визначаємо попереднє номінальну потужність трансформаторів напруги у вибраному класі точності для секції, ВА:

=3∙150=450, (6.31)

де – номінальне навантаження обраного трансформатора напруги в класі точності 1;

– кількість трансформаторів напруги (для однофазних =3, для трифазних =1.

Таблиця 6.14

Умови вибору трансформатора напруги

Тип трансформатора	ЗНОЛ.09–10У2
Умови вибору	Розрахункові параметри	Каталожні параметри
, кВ	10	10
, ВА	54,64	450

Вибраний трансформатор напруги задовольняє по умовам вторинного навантаження.