Электрическая часть подстанций систем электроснабжения

Выбираем трансформатор  ТМ100/10 с Uн = 6/0,4кВ, с масляным охлаждением (табл.27.6 стр.47 [7])

Технические данные Т_сн типа ТМ100/10:

                                                                                                  Таблица 3.6.5.1

Номин. мощность кВА	Номин. напр., кВ		Потери, кВт		Напряжение КЗ, %	Ток хх %
	вн	нн	Рхх	Ркз
100	6	0,4	0,24	1,28	4,5	2,8

          Для выбора выключателя трансформатора сн. рассчитаем рабочий ток:

Выбор выключателя представлен  в таблице 3.6.5.2.

Таблица 3.6.5.2

Расчетные величины		Каталожные  данные вводного выключателя ВВЭ-М-10-20У3		Условия выбора
Uуст, кВ	6	Uн, кВ	10
Iраб. max, А	13,5	Iн, А	630
Iп. о, кА	5,94	Iоткл. н, кА	20
iу, кА	14,4	iпр. с, кА	51
Вк. рас., кА2с	5,6	Вкн, кА2с	1200

 

Выбор трансформатора тока представлен  в таблице 3.6.5.3.

                                                                                                 Таблица 3.6.5.3

Расчетные величины		Каталожные  данные трансформатора тока ТЛ10-IУ3 50/5А		Условия выбора
Uуст, кВ	6	Uн, кВ	10
Iраб. max, А	13,5	Iн, А	50
Z2, Ом	0, 194	Z2ном, Ом	0,4
iу, кА	14,4	iпр. с, кА	51
Вк. рас., кА2с	5,6	Вкн, кА2с	102*3=300

 

Оперативный ток на подстанции.

Источником постоянного  оперативного тока служат аккумуляторные батареи, которые выбирают по необходимой  емкости (типовому номеру), по уровню необходимого напряжения и схеме присоединения к шинам.

Типовой номер батареи (N) рассчитывается по формуле

 

,

 

где 1,05 - коэффициент запаса, учитывающий понижение энергии  батареи при старении;

j - допустимая нагрузка аварийного разряда (A/N) приведенная к первому номеру аккумулятора в зависимости от температуры электролита;

I_ав - нагрузка установившегося аварийного разряда, которая на подстанциях составляет 25-60 А, принимаем I_ав =60А.

По рис.3.2 стр.30 [1] находим j = 18А/N

 

Принимаем типовой номер  аккумулятора N=4 и выбираем свинцово-кислотную аккумуляторные батареи типа СК - 4. В таблице 3.6.5.4 приведены технические данные выбранной аккумуляторной батареи, где представлены основные технические характеристики и параметры.

 

                                                                                                  Таблица 3.6.5.4

Режим разряда	10	7,5	5	3	2	1
Разрядный ток, А	14,4	17,6	24	36	44	74
Номинальная ёмкость, А·ч	144	132	120	108	88	74

 

Количество элементов (банок), присоединенных к шинам в режиме постоянного разряда определяем по формуле:

 

 банок

 

где n_о - число основных элементов в батарее;

U_м=233 В - напряжение на шинах;

U_пз=2,15 В - напряжение на элементе в режиме подзаряда;

В режиме дозаряда при повышенном напряжении на элементе (2,5В) к шинам присоединяется минимальное количество элементов, определяемое по формуле:

 

банки.

 

В режиме аварийного разряда  при напряжении на элементе 1,75В, а на шинах ниже номинального (220В), максимальное количество элементов определяем по формуле:

 

банок.

 

В качестве подзарядных устройств используем выпрямительное устройство ВАЗП-380/260-40/80 на напряжение 260-380В и ток 40-80А.

 

 

3.6.6 Выбор шин

В открытом распределительном  устройстве применяем гибкие шины, а в закрытом ЗРУ-6кВ - жесткие.

а). Выбор гибких шин для  ОРУ-110кВ.

Сечение гибких шин выбираем по нагреву рабочим током, проверяем  по экономической плотности тока, по термическому действию тока к. з. и по условиям короны:

По нагреву рабочим  током принимаем сталеалюминевые  провода АС сечением 95/16 мм² с

 

118 330 А

 

где I_{раб max}=118 А - максимальный рабочий ток шины;

I_доп=330 А - допустимый ток шины выбранного сечения;

По экономической плотности  тока

 

 

где S_эк - экономически целесообразное сечение шины, округляем до ближайшего стандартного S=300/48мм с I_доп=690 А;

j - экономическая плотность тока, А/мм²

При продолжительности максимальной нагрузке (Тmax1 = 6000ч, Тmax2 = 5500ч - по условию). Рекомендуемая плотность тока для воздушных линий и шин РУ для алюминиевых проводов j =1,0 А/мм² (табл.1.3.36 стр.38 [2])

Шина является термически стойкой к токам к. з., если соблюдается условие

 

,

 

где S =300 мм² - выбранное сечение провода;

I_к - установившийся ток к. з (можно принять I_к = I_{no (К1)} = 1,587кА), А;

t_к=t_откл=0,1 с - время прохождения тока к. з (пункт 3.6.1);

С=88 - коэффициент для алюминиевых шин;

 

 

Выбранные шины термически устойчивы.

По условиям коронирования минимальное стойкое сечение провода на напряжение 110 кВ - 70. Исходя, из этого принимаем окончательно сталеалюминевые провода сечением 300/48 мм² в качестве гибких шин для ОРУ-110кВ

б). Выбор жестких шин  для ЗРУ1-6кВ.

Сечение жестких шин выбираем по нагреву рабочим током, проверяем  на термическое и электродинамическое  действие токов к. з.

Выбор по нагреву рабочим  током и проверка на термическое  действие токов к. з. аналогичны с гибкими шинами.

По нагреву рабочим  током:

I_{раб max}=1440 А - выбираем трехполосные прямоугольные алюминиевые шины сечением 3 (50х5 мм²) с

 

1440А 1470 А

 

I_доп=1440 А - допустимый ток шины выбранного сечения;

Проверяем выбранную шину на термическую устойчивость при I_к = I_{no (К2)} = 5940 А

 

С=88, t_к=0,1с

 

Шина является термически стойкой к токам к. з

Проверка шины на электродинамическую  устойчивость сводится к механическому  расчету жестких шин.

Шина динамически устойчива, если

 

 

 и  =70 МПа - расчетное и допустимое напряжение в материале алюминиевой шины.

В многополостных шинах расчетное  напряжение складывается из двух составляющих: напряжения, возникающего из-за взаимодействия между токами фаз  , и напряжения вследствие взаимодействия токов отдельных полос в одной фазе .

 

 

Определяем напряжение из-за взаимодействия токов отдельных  фаз  , которое определяется аналогично однополосным шинам

 

, МПа,

 

где W - момент сопротивления шин;

 

- изгибающий момент;

 

f_{рас -} изгибающая сила, приходящаяся на единицу длины средней фазы, Н/м;

=1,5м ÷ 2,0 м - расстояние между изоляторами вдоль шины, принимаем =1,5м.

 

 Н/м,

 

где i_у=14400 А - ударный ток при к. з. в точке К2 на шинах;

а - расстояние между осями смежных фаз.

Рис. 3.6.6.1 Расположение шин и форма их сечения

 

Согласно ПУЭ для закрытого  РУ при напряжении 6 кВ минимальное  расстояние в свету шинами разных фаз должно быть не менее 100мм, принимаем 150мм, тогда а =200мм=0,2м.

 

 

Момент сопротивления  шин согласно табл.3.10 стр.34 [1]:

 

,

 

где h=50мм=50*10^-3 м

в=5 мм=5*10^-3 м

 

 

Усилие между полосами ( ) может быть значительное и может привести к схлестыванию шин. С целью устранения этого явления между полосами устанавливаются прокладки, равные толщине шин (в=14,6мм), через промежутки , принимаем м.

Тогда напряжение в материале  шин от взаимодействия полос

 

,

 

Где в=5 мм, h=50мм - размеры сечения шин, fn. рас. - усилие, приходящееся на 1м длины полосы, от взаимодействия между токами полос пакета, н/м

 

 

Коэффициент находим по кривым на рис.3.3[1]

При в/h=5/50=0,1 для трех полосных шин =0,087

 

 

Расчетное напряжение шины

 

4,98+54,12=59,1МПа < =70МПа

 

- выбранные трехполосные алюминиевые шины сечением 3 (50х5мм²) проходят проверку на механическую прочность.

в). Выбор жестких шин  для ЗРУ2-6кВ

По нагреву рабочим  током:

I_{раб max} = 1070 А - выбираем двухполосные прямоугольные алюминиевые шины сечением 2 (5х50 мм²) с

 

1070А 1180 А

 

Проверяем выбранную шину на термическую устойчивость при I_к = 5940 А

 

С=88, t_к=0,1с

 

Шина является термически стойкой к токам к.з.

При проверке шин на электродинамическую  устойчивость учитываем, что шины также  располагаются на ребро и принимаем  также размер а =200мм=0,2м

Изгибающая сила, приходящаяся на единицу длины средней фазы при i_у= 14400 А

 

 

Изгибающий момент при  расстоянии между изоляторами вдоль  шины l=1,5м

 

 

Момент сопротивления двухполосных шин при расположении их на ребро согласно табл.3.10 стр.34 [1]

 

,

 

где h=50мм=50*10^-3 м

 

 

 

При определении усилия между  полосами ( ) для двухполосных шин при в/h =5/50=0,1. По рис.3.3 стр.35 [1] находим =0,085.

Усилие, приходящееся на 1 м длины полосы от взаимодействия между токами полос пакета

 

 

Усилие между полосами ( ) при расстоянии между прокладками между шинами ln=0,75м, при h=50мм, в=5мм

 

 

Расчетное нагрузка

 

=4,98+54,12=59,1МПа < =70МПа

 

- выбранные двухполосные алюминиевые шины сечением 2 (50х5 мм²) проходят проверку на механическую прочность.

 

 

3.6.7 Выбор изоляторов

Для распределительного устройства ОРУ-110 кВ выбираем для гибких шин  подвесные стеклянные изоляторы  типа ПС6-А, с 8 изоляторами в гирлянде.

Для жестких шин опорные  изоляторы выбираются по номинальному напряжению, месту установки изоляторов (внутренняя, наружная) и по допускаемой механической нагрузке.

Проверим изолятор по допустимой механической нагрузке. Согласно ПУЭ  расчетная нагрузка на изолятор не должна превышать 60% от разрушающей  нагрузки:

 

 

Для ЗРУ1-6кВ выбираем опорные  изоляторы внутренней установки  типа ИО6-3,75У3 (табл.5.7 стр.282 [33]) с U_н=U_уст=6 кВ с минимальной развивающей силой на изгиб F_разр=3750 Н, с высотой изолятора Н_из=100 мм.

Расчетная нагрузка определяется:

 

 

где f = 182,5 н/м, l = 1,5 м - из раздела 3.6 б.

k_п - поправочный коэффициент на высоту шины;

 

 

где Н_из =100 мм - высота изолятора;

С - высота шины по оси изолятора, при установке шин 3 (50х5 мм²) на ребро С=h=50мм.

 

Н

 

Выбранные опорные изоляторы типа ИО6-3,75У3 выдерживают проверку по допустимой механической прочности.

Для ЗРУ2-6кВ также выбираем опорные изоляторы внутренней установки  типа ИО6-3,75У3 и расчет выполняем  аналогично предыдущему.

При установке сборных  шин 2 (50х5 мм²) на ребро С=h=50мм, поправочный коэффициент:

 

 

Расчетная нагрузка на изолятор при f = 523,9н/м, l = 1,5 м - из раздела 3.6 в.

 

Н

 

Выбранные опорные изоляторы  типа ИО6-3,75У3 выдерживают проверку по допустимой механической нагрузке.

Проходные изоляторы для  жестких шин выбираются по номинальному напряжению, месту установки изолятора (внутренняя, наружная) и номинальному току.

Для ЗРУ1-6кВ выбираем проходные  изоляторы наружновнутренней внутренней установки типа ИП10/15000-4250УХЛ1 с U_н=10кВ>U_уст=6 кВ

 

I_н=5000А>I_{раб max}=1440А (табл.5.8 стр.290 [3])

 

Для ЗРУ2-6кВ выбираем эти  же изоляторы, так как для ЗРУ2-6кВ

I_н=5000А>I_{раб max}=1070А

                              3.7 Расчет заземляющего устройства

 

Для обеспечения безопасных значений напряжений прикосновения  и шагового в ПУЭ нормируется  величина сопротивления заземляющего устройства:

а) в установках 110 кВ и  выше с большим током замыкания  на землю  ;

б) в высоковольтных установках до 35 кВ с малым током замыкания  на землю  , но не менее 10 Ом;

За расчетное сопротивление  заземления принимаем наименьшее R_з=0,5 Ом.

Для заземления используются естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных заземлителей используются водопроводные трубы (2¸4 м), фундаменты опор, системы трос-опора.

Площадь, занимаемая оборудованием  подстанции, определяется размерами  ячеек всех распределительных устройств, схемой РУ, их количеством, габаритами силовых трансформаторов, допустимыми  минимальными расстояниями для открытых РУ.

На подстанции будем использовать искусственные заземлители, в виде продольных и поперечных, стальных полос