Электрические станции и подстанции

 

5. Выбор разъединителей, отделителей, короткозамыкателей

 

Выбор разъединителей и отделителей производится:

по напряжению установки ;

по току ;       .

по конструкции, роду установки;

по электродинамической стойкости ;       ,

где , – предельный сквозной ток КЗ (амплитуда и действующее значение);

по термической стойкости

, где – тепловой импульс по расчету;

 – предельный ток термической  стойкости;

 – длительность протекания предельного тока термической стойкости.

      

      

Короткозамыкатели выбираются по тем  же условиям, но без проверки по току нагрузки.

Результаты выбора сведены в таблицу 5.1.

      

Таблица 5.1. Выбор разъединителей, отделителей, короткозамыкателей

Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
		РДЗ-110/1000У	ОД-110/1000	КЗ-110У
, кВ	110	110	110	110
, А	118	1000	1000
, А	235	1000	1000
, кА	2,7	80	80	42
, кА	1,12
	5,1/0,6/0,19	2977	2977	468,75

 

6. Выбор гибких  шин и токопроводов

 

Выбор сборных шин  на стороне 110 кВ

 

Сборные шины выбираются по допустимому  току, а не по экономической плотности  тока, так как нагрузка по длине  шин неравномерна и на многих участках меньше рабочего тока.

Поэтому сборные шины должны удовлетворять условиям нагрева при максимальных нагрузках ремонтного или послеаварийного режима:

В РУ 110 кВ принимаются гибкие шины, круглого сечения из проводов марки АС.

Выбираем провод типа: АС-70/11, с I_доп = 265 А, d = 11 мм.

Мощность  к.з. на шинах 110 кВ:

Проверка  на схлёстывание не производится, так как (ПУЭ §4.2.56.).

Проверка  на термическую стойкость не производится, так как шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка  по условию коронирования.

Начальная критическая напряженность:

где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочного провода m = 0,82); r₀ – радиус проводов, см.

Напряженность электрического поля около поверхности нерасщепленного провода:

где U – линейное напряжение, кВ;

D_ср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

При горизонтальном расположении фаз

где D = 3 м – минимальное расстояние между соседними фазами 110 кВ (ПУЭ §2.5.52.)

Провод  подходит по условию короны, если выполняется  условие

;      

Это условие выполняется. Окончательно выбираем провод АС-70/11, с I_доп = 265 А.

 

Выбор гибких токопроводов на стороне 110 кВ

 

Токоведущие части от присоединений  к сборным шинам до выводов  к трансформаторам выполняются  гибкими проводами. Выбор токопроводов производиться по экономической плотности тока.

Определяем  расчетное сечение:

,

где – нормированное значение экономической плотности тока при использовании максимума нагрузки Т_max > 5000 часов в год (табличные данные).

Найденное значение округляем до ближайшего стандартного и по каталогу выбираем провод типа АС-95/16, с I_доп = 330 А, d = 13,5 мм.

Проверку  сечения на нагрев производим по допустимому  току

.

Условию допустимого нагрева выбранное  сечение удовлетворяет.

Проверка на схлёстывание не производится, так как (ПУЭ §4.2.56.).

Проверка на термическую стойкость  не производится, так как шины выполнены  голыми проводами на открытом воздухе.

Проверка по условию коронирования.

Начальная критическая напряженность:

Напряженность электрического поля около  поверхности нерасщепленного провода:

;       . Выбранный провод удовлетворяет условию короны. Окончательно выбираем провод АС-95/16, с I_доп = 330 А.

 

Выбор гибких токопроводов на стороне 6 кВ

 

Гибкие токопроводы для соединения трансформаторов с РУ 6 кВ выполняются  пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода  из пучка – сталеалюминевые –  несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололёда и ветра. Остальные провода – алюминиевые являются токоведущими. Сечение отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм²), так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода.

 

Определяем рабочий ток, протекающий по одному токопроводу:

Определяем экономическое сечение:

Принимаем два несущих провода АС-120/19 с I_доп = 390 А, тогда сечение алюминиевых проводов должно быть:

Определим число проводов А-95 с I_доп = 330 А:

Принимаем токопровод 2´АС-120/19 + 7´А-95.

Найдём  допустимый ток для токопровода:

Найдём  ток в послеаварийном режиме, когда  один трансформатор отключен:

Так как I_доп = 3090 А < I_ав = 3372 А, не удовлетворяет по условию нагрева длительно допустимым током, тогда увеличиваем сечение и принимаем 2´АС-120/19 + 8´А-95.

Найдём допустимый ток для токопровода:

I_доп = 3420 А > I_ав = 3372 А, окончательно выбираем токопровод 2´АС-120/19 + 8´А-95.

 

7. Выбор жестких шин на стороне 6 кВ

 

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные  шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Согласно §1.3.28 ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются. Выбор сечения шин производится по нагреву (по допустимому току). При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы.

Шины располагаем горизонтально.

Расстояние между фазами a = 0,5 м и пролетом L  = 1,2 м.

Определим ток при максимальной нагрузке на шине:

Принимаем шины коробчатого сечения  алюминиевые 2х1010 мм² с I_доп = 3500 А.

 

1) Проверка на термическую стойкость при к.з.

      

где – минимальное сечение по термической стойкости;

С –  функция (табличные данные).

В_к – тепловой импульс к.з., пропорциональный количеству тепловой энергии выделяемой током к.з. в проводнике, кА²·с;

,

где I_по – ток короткого замыкания, кА;

t_откл – полное время отключения выключателя, с;

T_а – постоянная времени затухания, с.

Так как  значит шины 2х1010 термически не устойчивы, что не допустимо, тогда выбираем шины большего сечения 2х1370 с I_доп = 4640 А

, шины 2´1370 коробчатого сечения термически устойчивы.

 

2) Механический расчет шин.

Шины коробчатого сечения обладают большим моментом инерции, поэтому расчет производится без учета колебательного процесса в механической конструкции. Принимаем, что швеллеры шин соединены жестко по всей длине сварным швом, тогда момент сопротивления .

Шины являются механически прочными при выполнении условия:

где s_доп – допустимое механическое напряжение в материале шин (для алюминиевых шин 75 МПа);

s_расч – расчетное напряжение в материале шин.

Напряжение  в материале шины, возникающее  при воздействии изгибающего  момента:

Проверяем по условию: , следовательно, шины механически прочны.

Окончательно  принимаем шины коробчатого сечения 2х1370 с I_доп = 4640 А.

 

8. Выбор изоляторов

 

В распределительных устройствах  шины крепятся на опорных, проходных  и подвесных изоляторах. Жёсткие  шины крепятся на опорных изоляторах.

Изоляторы должны отвечать ряду требований, определяющие их электрические и механические характеристики, в соответствии с их назначением, а также загрязненностью окружающего воздуха в районе установки.

 

Условия выбора опорных изоляторов:

по номинальному напряжению установки

 

где U_уст – номинальное напряжение установки, кВ;

U_ном – номинальное напряжение изоляторов, кВ;

по механической прочности

где F_расч – сила, действующая на изолятор, Н;

F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, Н.

 

Выполним выбор изоляторов для  напряжения 6 кВ.

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчётную силу определяем по выражению:

 

где k_h – поправочный коэффициент, учитывающий высоту шины, если она расположена на ребро, так как шины расположены горизонтально, то k_h = 1.

 

Для напряжения 6 кВ выбираем изолятор типа ИО–6–3,75 с F_разр = 3,75 кН

Допустимая нагрузка на головку изолятора:

,

где F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, Н.

Проверяем по условию , следовательно, данный изолятор по условиям выбора подходит.

Для РУ 110 кВ выбираем изолятор типа ИОС–110–300 УХЛ.

 

9. Выбор измерительных  трансформаторов

 

9.1. Выбор трансформаторов  тока

 

Выбор трансформаторов тока (ТА) производится по следующим условиям:

По напряжению электроустановки

По рабочему току

где I_1ном – номинальный первичный ток трансформатора тока, А;

Номинальный ток должен быть как  можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной  обмотки приводит к увеличению погрешностей.

По конструкции и классу точности;

По электродинамической стойкости

где k_эд – кратность электродинамической устойчивости по каталогу;

По термической стойкости:

где k_тер – кратность термической устойчивости (справочные данные);

t_тер – время протекания тока термической устойчивости, с;

В_к – расчетный импульс квадратичного тока к.з., кА²·с.

 

По вторичной нагрузке:

где Z_{2 ном} – номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока в выбранном классе точности, Ом;

Z₂ – вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом.

Индуктивное сопротивление вторичных  цепей невелико,  поэтому Z₂ ~ r₂

где r_приб – сопротивление приборов, Ом;

r_пров – сопротивление измерительных проводов, Ом;

r_к – переходное сопротивление контактов, Ом;

Сопротивление приборов определяется по формуле:

где I₂ ном – номинальный вторичный ток приборов, А;

S_приб – мощность потребляемая приборами, В·А.

Переходное сопротивление контактов r_к принимает следующие значения

r_к = 0,05 Ом – при малом количестве приборов;

r_к = 0,1 Ом – при большом количестве приборов.

Зная Z_ном определяют допустимое сопротивление проводов r_пров по формуле

По значению сопротивления проводов определяют площадь сечения соединительных провода по формуле:

где ρ – удельное сопротивление материала провода, Ом·мм²/м;

l_расч – расчётная длина, зависящая от схемы соединения трансформатора тока и расстояния l от трансформатора тока до приборов, м.

при включении в неполную звезду ;

при включении в звезду ;

при включении в одну фазу

Во вторичных цепях основного и вспомогательного оборудования применяются провода с алюминиевыми жилами (ρ = 0,0283 Ом·мм²/м).

Полученная площадь сечения по формуле не должна быть по условию механической прочности менее 4,0 мм² для проводов с алюминиевыми жилами. Провода с площадью сечения более 6 мм² обычно не применяются.

 

Выбор трансформаторов тока встроенных в силовой трансформатор на стороне 110 кВ

 

По каталогу выбираем трансформатор тока типа ТВТ-110-I-600/5. Результаты выбора сведены в таблицу 9.1.

 

Таблица 9.1. Выбор встроенных трансформаторов тока в силовой трансформатор на стороне 110 кВ.

Расчетные данные	Каталожные данные	Условия выбора
Uуст = 110 кВ	Uном = 110 кВ
Imax = 235 А	Iном1 = 600 А
Вк = 0,14 кА2·с

 

Таблица 9.2. Результаты выбора приборов, подключаемых к вторичной обмотке встроенных трансформаторов тока.

Наименование и тип прибора	Нагрузка, В·А, фазы
	А	В	С
Амперметр ЩП 0201	0,5	0,5	0,5
Ваттметр WQ	0,5	-	0,5
Варметр WQ	0,5	-	0,5
Итого:	1,5	0,5	1,5

 

Проверку трансформатора тока по вторичной нагрузке произведём для наиболее загруженной фазы, из таблицы 9.2 видно, что наиболее загружены фазы А и С.