Электроснабжение и релейная защита НПС

В состав КРУ серии К-104 входят вакуумные выключатели с электромагнитным приводом, трансформаторы тока,  трансформаторы напряжения, предохранители, разъединитель с заземляющими ножами, релейный шкаф с аппаратурой, клапаны сброса давления в сочетании с датчиками дуговой защиты.

КРУ серии К-104 предназначены для установки в закрытых помещениях с естественной вентиляцией без искусственного регулирования климатических условий. Обслуживающая среда должна быть невзрывоопасной, не содержать агрессивных газов и испарений, химических отложений, не насыщенной токопроводящей пылью и водяными парами. 

4.3.  Выбор шин

 

В качестве сборных шин  выбираем алюминиевые шины прямоугольного сечения размером 80х6 мм. Длительно допустимый ток при одной полосе на фазу составляет I_доп = 740А. Условие выбора:

                                 

;                  (4.3.50)                             

 

     Проверим шины на электродинамическую стойкость к токам КЗ.

Шину, закрепленную на изоляторах можно рассматривать как многопролетную балку.

        Наибольшее напряжение в металле при изгибе:

                                

,                               (4.3.51)

где  М – изгибающий момент, создаваемый ударным током  КЗ, Н×м;

W – момент сопротивления, м³.

Изгибающий момент для  равномерно нагруженной многопролетной балки равен:                    

             

,                      (4.3.52)

где F-сила взаимодействия между проводниками при протекании               по ним ударного тока КЗ, Н;

– расстояние между опорными изоляторами,

    

,      (4.3.53)

где – расстояние между токоведущими шинами, = 0,35 м;

    – коэффициент формы, =1,1.

Момент сопротивления:                   

                

,             (4.3.54)

где b,h – соответственно узкая и широкая стороны шины, м.

Тогда наибольшее напряжение в металле  при изгибе:

Допустимое напряжение при изгибе для алюминиевых шин 70 МПа.

Следовательно выбранные  шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Для проверки возможности  возникновения механического резонанса  в шинах определим частоту  свободных колебаний  шин:

            (4.3.55)

где  – пролет шины, =1,1 м;

   – модуль упругости материала шин, для алюминия =7,2×10¹⁰ Н/м²;

   – масса единицы длины шины, = 0,666 кг/м;

  – момент  инерции   сечения   шин  относительно  оси  изгиба.

       

                 (4.3.56)

Т. к. , то явление резонанса не учитываем.

Проверим шины на термическую стойкость к токам КЗ.

    Минимально допустимое сечение алюминиевых шин:

             

            (4.3.57)

где – периодическая составляющая тока КЗ в точке КЗ;

    – приведенное время КЗ.

              

                (4.3.58)

где – время действия апериодической составляющей времени КЗ;

  – время действия периодической составляющей времени КЗ.

Для времени отключения КЗ и β” = 1:

               

                 (4.3.59)

Выбранные шины удовлетворяют  условиям термической стойкости, т.к.                                      ,                       (4.3.60)

или                      .

  

 

 

 

 

4.4. Выбор выключателей

 

Высоковольтные  выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному исполнению и проверяются по параметрам отключения, а также на термическую и электродинамическую стойкость. Выбор высоковольтных выключателей произведен на основе сравнения каталожных данных с соответствующими расчетными данными.

     Выбор выключателей Q14-Q16.

    Выбираем вакуумный выключатель ВМКЭ-35А-16/1000 У1,  это выключатель наружней установки. Он предназначен для коммутации электрических цепей в нормальном и аварийном режимах работы в сетях трёхфазного переменного тока и частотой 50 Гц для закрытых распределительных устройств в энергетике и промышленности. Выключатель имеет по полюсное управление встроенным электромагнитным приводом. Выключатели предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от минус 45 до +40°C.

 

Выбор выключателей Q1 – Q13.

Выбираем вакуумный  выключатель BB/TEL-10-50/1000-У2.

Выключатели вакуумные  внутренней установки серии BB/TEL предназначены для коммутации электрических цепей в нормальном и аварийном режимах работы.

        Высоковольтные выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному выполнению, месту установки и проверяются по параметрам отключения, а также на электродинамическую и термическую стойкость.

Все каталожные и расчётные данные выключателей, сведены в табл.4.6.

 

 

 

Таблица 4.6

Выбор выключателей

Место установки выключателя	Тип выключателя	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные выключателя
Q14-Q16	ВМКЭ-35А-16/1000 У1		35кВ 83,97А 9,43 кА 16 кА 355,69	35кВ 1600А 25кА 20кА 2500
Q1-Q13	BB/TEL-10-50/1000-У2		10кВ 419,16А 45,38кА 81,38 1135,69	10кВ 1600А 50кА 100кА 1600

 

Для выключателей Q14-Q16: ВМКЭ-35А: I_∞=50 кА, t_п=4 с;

Расчет теплового  импульса тока при КЗ:

,            (4.4.61)

где I_¥ -действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

   t_откл –время от начала КЗ до его отключения.

                                     t_откл=t_з+t_вык,                           (4.4.62)

где t_з –время действия релейной защиты, для МТЗ t_з = 0,5-1с. Примем t_з =1 с.

   t_вык –полное время отключения выключателя, для выключателей            ВМКЭ-35А и BB/TEL-10 время отключения- t_вык=0,05 с.                                                                                                 

    T_а –постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, для данной точки КЗ:

                        (4.4.63)

где X_∑ , R_∑ - соответственно суммарное индуктивное и активное

сопротивления цепи до точки  КЗ.

                         t_откл=1+0,07=1,07 с

    Т.к. при расчёте токов КЗ в точке К-1 активное сопротивление учитывается, то 

    Тогда тепловой импульс тока при КЗ для Q13-Q15:

     

Интеграл Джоуля для Q14-Q16:

               (4.4.64)

Для выключателей Q1-Q13: BB/TEL-10: I_∞=50 кА, t_п=4 с;

                      t_откл =1+0,07=1,07 с.

                                

Т.к. при расчёте токов КЗ в точке К-2 активное сопротивление учитывается, то 

Тогда тепловой импульс тока при КЗ для Q1-Q13:

Интеграл Джоуля для Q1-Q13:

 

4.5. Выбор трансформаторов тока

 

Для выбора трансформаторов тока составим таблицу табл. 4.5.

      

 

 

 

 

 

 

 

                   Таблица 4.5

Выбор трансформаторов  тока

Место установки	Тип трансформатора тока	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные трансформа-тора тока
ЗРУ	ТПОЛТ-10	Uс £ Uном Iрасч £ I1ном	10 кВ 419 А 81,38 кА   111,01	10 кВ 1500 А 191 кА 2916 кА2×с

    Проверим трансформаторы тока ТПОЛТ-10, устанавливаемые внутри помещения на электродинамическую стойкость при КЗ

;    (4.44)

где  k_t – кратность термической устойчивости, приводится в каталогах,   k_t = 65;

t – время термической устойчивости, приводится в каталогах, t=1 с;

t_пр – приведенное время КЗ, t_пр=1,005 с;

I_∞ – действующее значение периодической составляющей тока КЗ,

I_∞ = 10,51 кА.

.

Проверим трансформаторы тока, устанавливаемые внутри помещения  на термическую стойкость при  КЗ:

                                          

                             (4.45)                   

,

.

Из расчета следует, что выбранные трансформаторы тока ЗРУ удовлетворяют условиям выбора.

 

 

4.6. Выбор трансформаторов напряжения

Условие выбора:

                                  U_ном ≥ U_{ном. сети}                              (4.46)

 

Выберем трансформаторы напряжения типа НАМИ-10-ХЛ2, номинальное напряжение которого 10 кВ и номинальная мощность в третьем классе точности 500 В×А. Предельная мощность 1000 В×А.

4.7. Выбор предохранителей

 

Плавкими предохранители обеспечивают защиту трансформаторов напряжения. Для их защиты выберем предохранители типа ПКТМ-10, технические данные которого представлены в таблице 4.7.

 

 Таблица 4.7

Технические характеристики предохранителя ПКТМ-10

Наименование	I ном, А	U ном, В	I откл. min	I откл. ном., кА		Исполнение
Предохранитель ПКТМ- 10	5-31,5	10000	3 Iном	40		однокорпусное
Предохранитель ПКТМ- 10 Предохранитель	40-80	10000	3 Iном	40		однокорпусное
ПКТМ- 10	100-160	10000	3 Iном	40		двухкорпусное

4.8. Выбор ограничителей перенапряжения

Ограничители перенапряжений нелинейные с полимерной внешней  излоляцией предназначены для защиты от коммутационных и атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудования подстанций и сетей переменного тока. Ограничители перенапряжений устанавливаются в сетях переменного тока частотой 50 Гц с изолированной нейтралью и включаются параллельно защищаемому объекту.

Ограничители перенапряжений типа: ОПН-П1-3IIУХЛ1, ОПН-П1-6IIУХЛ1 и ОПН-П1-10IIУХЛ1.

Конструктивно ограничители перенапряжения выполнены в виде блока последовательно соединенных оксидно-цинковых варисторов, заключенного в полимерную покрышку.

Технические данные которого представлены в таблице 4.8.10.

Таблица 4.8.10

Технические данные ОПН

Наименование изделия	Класс напряж. сети, кВ	Наибольш. рабочее напряж., кВ действ.	Остающееся напряжение при волне импульсного тока 8/20 мкс с амплитудой, кВ					Масса, кг
			250 А	500 А	2500 А	5000 А	10000А
ОПН-П1-10II УХЛ1	10	12	-	29,5	-	36	38	5,4