Расчетные условия для выбора проводников и аппаратов

 

Наибольший ток нормального режима в цепи трансформатора , А, равен

 

,

(6.1)

 

где – номинальная мощность трансформатора, следующего по шкале ГОСТ [12],

кВ×А;

– номинальное напряжение трансформатора, кВ;

 

– на стороне ВН:

		87,858 А;
115

 

– на стороне НН:

		962,25 А.
10,5

 

Наибольший ток послеаварийного режима в цепи трансформатора , А, равен

 

,

(6.2)

 

– на стороне ВН:

		175,715 А;
·115

 

– на стороне НН:

		1924,501 А.
·10,5

 

Максимальный ток в цепях отходящих кабельных линий (фидеров), А,

 

,

(6.3)

 

где – активная мощность потребителей i-ой кабельной линии, кВ×А;

Для первого фидера ток составит

 

	1,0	171,83 А.
0,87

Так как информация о величине тока утяжеленного режима для кабельных линий 10 кВ отсутствует, то принимается, что ее величина составляет . Расчетные значения токов утяжеленного режима по фидерам приведены в таблице 6.1.

 

Таблица 6.1 – Результаты расчетов токов по фидерам 10 кВ

 

Так как в нормальном режиме секционный выключатель на стороне низшего напряжения подстанции отключен, следовательно, ток нормального режима в цепи секционного выключателя и разъединителя не протекает. В утяжеленном режиме, когда один из силовых трансформаторов отключен, а секционный выключатель включен, допускается считать, что ток, проходящий по сборным шинам, секционному выключателю и разъединителю, не превышает величины тока, протекающего через силовой трансформатор в нормальном режиме.

 

962,25 А.

 

6.2 Выбор выключателей и разъединителей

 

Выбор выключателей и разъединителей осуществляется по следующим параметрам [13]:

а) По напряжению:

 

,

(6.4)

 

где – номинальное напряжение аппарата (оборудования), кВ;

– номинальное напряжение сети, кВ.

 

б) По допустимому нагреву в продолжительных режимах:

 

,	(6.5)
,	(6.6)

 

где – номинальный ток аппарата (оборудования), А.

 

в) По отключающей способности:

 

,	(6.7)
,	(6.8)

 

где – номинальный ток отключения, кА;

– номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в

отключаемом токе для времени , кА;

– нормативное значение содержания апериодической составляющей в

отключаемом токе, %.

 

Для установок, где , а , допускается проверка отключающей способности по полному току короткого замыкания [13]:

 

.

(6.9)

 

г) По включающей способности:

 

,	(6.10)
,	(6.11)

 

где – амплитудное значение номинального тока включения, кА;

– номинальный ток включения (действующее значение периодической

составляющей), кА.

 

д) По электродинамической стойкости при коротких замыканиях:

 

,	(6.12)
,	(6.13)

 

где – действующее значение периодической составляющей предельного сквозного

тока, кА;

– амплитудное значение предельного сквозного тока, кА.

 

е) По термической стойкости при коротких замыканиях:

 

,

(6.14)

 

где – предельный ток термической стойкости, кА;

– допустимое время действия тока термической стойкости, с.

 

Выбор выключателей и разъединителей на стороне высшего напряжения (ВН) подстанции «Домнино» представлен в таблице 6.2.

Таблица 6.2 – Выбор выключателя и разъединителя на стороне ВН подстанции «Домнино»

 

В ремонтной перемычке устанавливаются два разъединителя того же типа SGF 123nII-100 У1+2E/2НА/1МТ50 с двумя заземляющими ножами.

 

Выбор выключателей на стороне низшего напряжения (НН) подстанции представлен в таблицах 6.3 и 6.4.

 

Таблица 6.3 – Выбор секционного выключателя и выключателя отходящих линий

 

Таблица 6.4 – Выбор выключателя в цепи трансформатора

Выбор заземлителей

 

Для заземления нейтрали силового трансформатора ТДН-16000/110 принимается заземлитель типа ЗОН-110М-I У1 [4] (заземлитель однополюсный наружной установки, модернизированный, для умеренного климата). Тип привода ПРН-11У1. Расчетные и каталожные данные приведены в таблице 6.5.

 

Таблица 6.5 – Выбор заземлителя

7 Выбор конструктивных элементов и расчет механических характеристик

проектируемой линии электропередачи

 

В данном разделе производится выбор конструктивных элементов и расчет механических характеристик линии электропередачи напряжением 110 кВ Костылево-Домнино. Указанная линия проходит в населенной местности на стальных опорах марки П110-5 и выполнена проводом марки АС-70/11. Проектируемая линия электропередачи находится в первом районе по ветру и третьем по гололеду. Минимальная температура в районе проектирования линии составляет -40 °C, максимальная температура составляет 20 °C, среднегодовая температура равна -5 °C. Местность относится к типу С по условиям воздействия ветра.

Эскиз опоры представлен на рисунке 7.1, а ее технические характеристики и основные размеры представлены в таблицах 7.1 и 7.2 соответственно [15].

 

 

Рисунок 7.1 – Эскиз опоры П110-5

Таблица 7.1 – Характеристики опоры П110-5

 

Таблица 7.2 – Размеры опоры П110-5

 

Расчетная длина пролета определяется следующим выражением:

 

, (7.1)

где - длина габаритного пролёта, м;

- коэффициент, значение которого принимается равным в соответствии с местностью, для которой проектируется участок ВЛ.

 

м.

 

Физико-механические характеристики провода и троса представлены в таблице 7.3.

 

Таблица 7.3 – Физико-механические характеристики провода АС-70/11 и троса ТК-50

 

7.1 Расчет удельных нагрузок на провода и тросы

 

Провода на опоре подвешиваются, как правило, на разной высоте и расстояние от проводов и троса до земли меняется по длине пролета. Поэтому в расчетах используется понятие «высота расположения приведенного центра тяжести» провода или троса [15].

Высота расположения приведенного центра тяжести провода или троса определяется по формуле:

 

, (7.2)

 

где – средняя высота подвеса проводов или троса на опоре, м;

– максимально допустимая стрела провеса провода или троса, м.

 

Средняя высота подвеса провода на опоре, м

 

, (7.3)

 

где – расстояние от земли до i-ой траверсы опоры, м;

– количество проводов на опоре, шт;

– длина гирлянды изоляторов (для ВЛ 110 кВ составляет 1,3 м [15]);

 

	19 19 (19+6)	1,3 19,700.

 

Допустимая стрела провеса провода определяется по формуле

 

, (7.4)

 

где – расстояние от земли до нижней траверсы, м;

– наименьшее расстояние от проводов до поверхности земли, составляет 7 м [1];

 

19 1,3 7 10,700 м,

19,700 10,700 12,567 м.

 

Средняя высота подвеса троса на опоре, м

 

(7.5)

 

где – расстояние между нижней и верхней траверсами опоры, м;

 

19 6 3 28,000.

 

 

Максимально допустимая стрела провеса троса , м

 

, (7.6)

 

где – наименьшее расстояние по вертикали между проводом и тросом в середине пролета [1].

 

Наименьшее расстояние по вертикали между верхним проводом и тросом в середине пролета определяется линейной интерполяцией [15] и составляет

 

28,000 7 6 3,536 11,464 м,

28,000 11,464 20,357 м.

 

После определения высоты расположения приведенного центра тяжести провода и троса оцениваются максимально возможные величины толщины стенки гололеда и ветрового давления . Нормативные значения этих величин определяются при их повторяемости 1 раз в 25 лет [1].

Максимальное ветровое давление , Па, определяется по формуле

 

(7.7)

 

где – нормативное ветровое давление, согласно [1] для первого района по ветру составляет

400 Па;

– поправочный коэффициент на высоту [1].

 

Для провода: 0,4 400 160 Па.

Для троса: 0,554 400 221,6 Па.

 

Давление ветра при гололеде , Па, определяется по формуле

 

(7.8)

 

Для ВЛ до 220 кВ ветровое давление при гололеде должно приниматься не менее 200 Па [1];

 

Для провода: 0,25 160 40 Па, поэтому принимается равным 200 Па.

Для троса: 0,25 221,6 55,4 Па, поэтому принимается равным 200 Па.

 

Максимальная толщина стенки гололеда , мм, определяется по формуле

 

(7.9)

 

где – нормативная толщина стенки гололеда, согласно [1] для третьего района по гололёду составляет 20 мм;

– поправочные коэффициенты на высоту и диаметр провода (троса) [15].

Для провода: 20 мм.

Для троса: 20 мм.

 

При выполнении механического расчета провода и троса удобно пользоваться удельными нагрузками, т.е. нагрузками приведенными к единице длины 1 м и единице сечения 1 мм² провода или троса [15]. Следовательно, размерность удельных нагрузок – .

1. Удельная нагрузка от собственного веса провода приводится в его физико-механических характеристиках:

 

34,800 .

 

2. Удельная нагрузка от гололеда на проводе, исходя из цилиндрической формы гололедных отложений:

 

, (7.10)

 

где – фактическое сечения провода, мм²;

– диаметр провода, мм;

– удельный вес льда ;

– коэффициент надежности по ответственности, принимается равным 1 для ВЛ

до 220 кВ; 1,3 для ВЛ 330-750 кВ [15];

– региональный коэффициент, принимается равным 1 [15];

– коэффициент надежности по гололедной нагрузке, принимается равным 1,3 –

для районов по гололеду 1 и 2; 1,6 – для районов по гололеду 3 и выше [15];

– коэффициент условий работы, равный 0,5 [15];

 

	20 11,4 20 1 1 1,6 0,5	179,039 .
79,3

 

3. Удельная нагрузка от веса провода и гололеда:

 

, (7.11)

34,800 179,039 213,839 .

 

4. Удельная нагрузка от давления ветра, действующего перпендикулярно проводу при отсутствии гололеда:

 

, (7.12)

 

где – коэффициент лобового сопротивления, равный 1,1 – для проводов диаметром 20 мм и более, свободных от гололеда; 1,2 – для всех проводов покрытых гололедом и для проводов диаметром меньше 20мм свободных от гололеда [15];

– коэффициент, учитывающий влияние длины пролета на ветровую нагрузку,

принимается по [15] и составляет 1,04;

– коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора ветра

по пролету, принимается по [15] и составляет 1,0;

– коэффициент надежности по ветровой нагрузке, равный 1,1 [15];

 

	160 1,04 1,0 1,2 11,4 1 1 1,1	31,576 .
79,3

 

5. Удельная нагрузка от давления ветра при наличии гололеда:

 

, (7.13)

 

где – принимается для ветрового давления и согласно [15] составляет 1;

 

	200 1,04 1 1,2 11,4 20 1 1 1,1	177,962 .
79,3

 

6. Удельная нагрузка от давления ветра и веса провода без гололеда:

 

, (7.14)

34,800 31,576 46,99 .

 

7. Удельная нагрузка от давления ветра и веса провода, покрытого гололедом:

 

, (7.15)

213,839 177,962 278,204 .

 

Удельные нагрузки для троса определяются аналогичным образом. Результаты расчетов приведены в таблице 7.4.

 

Таблица 7.4 – Удельные нагрузки на провод и трос

 

7.2 Механический расчет проводов и троса

 

Механический расчет проводов и троса ВЛ заключается в определении напряжений в проводах и тросе и их стрел провеса во всех возможных в эксплуатации режимах и сравнении их с предельно допустимыми значениями.

Для определения исходного режима необходимо рассчитать величины критических пролетов [15].

Первый критический пролет , м, определяется по формуле

 

, (7.16)

 

где – допустимое напряжение в проводе при среднегодовой температуре, ;

– допустимое напряжение в проводе при низшей температуре, ;

– модуль упругости провода, ;

– температурный коэффициент линейного удлинения провода, ;

 

	90		90 120 8,25 19,2 -5 -40		336,365.
34,800	90 120

 

Второй критический пролет , м, определяется по формуле

 

, (7.17)

 

где – допустимое напряжение в проводе при наибольшей нагрузке, ;

– температура гололеда, принимаемая равной -10 [3];

– наибольшая удельная нагрузка, ;

 

	120		19,2 -10 -40		51,116.
34,800	278,204 34,800

 

Третий критический пролет , м, определяется по формуле

 

, (7.18)

 

	120		120 90 8,25 19,2 -10 (-5)		14,314.
34,800	278,204 34,800 120 90

 

Так как и , то согласно [15], в качестве исходного режима следует использовать режим наибольшей нагрузки, которому соответствуют 120 , -10 , 278,204 .

Расчет напряжения в проводе производится по уравнению состояния провода. Пример механического расчета проводов выполняется для режима высшей температуры.

Уравнение состояния имеет вид [15]

 

, (7.19)

 

где , и – напряжение в проводе, удельная нагрузка и температура в исход режиме;

, и – то же в рассчитываемом режиме.

 

Выполняется расчёт напряжения в режиме высшей температуры :

 

	34,800 171 8,25	120	278,204 171 8,25
	120

19,2 8,25 20 -10 .

 

Данное кубическое уравнение решается при помощи программы Excel, результат равен 15,864 Н/мм².

 

Стрела провеса провода в режиме высшей температуры составит

	34,8 171	8,018 м.
15,864

 

Расчеты для остальных режимов выполняются аналогично. Результаты механического расчета провода для всех режимов представлены в таблице 7.5.

 

Таблица 7.5 - Результаты расчета провода на механическую прочность

 

Анализируя результаты расчета, представленные в таблице 7.5 можно сделать выводы о том, что:

1) Условия прочности провода выполняются, следовательно, механическая прочность проводов достаточна.

2) Условия и выполняются, следовательно, расстояние от нижнего провода до земли не менее допустимого, указанного в [15].

 

Расчет грозозащитного троса во многом аналогичен расчету провода. Однако порядок расчета троса определяется наименьшим расстоянием по вертикали между тросом и проводом в середине пролета в условиях грозового режима . Это значение определено ранее: 2,732 м.

Стрела провеса троса в грозовом режиме , м, рассчитывается по формуле

 

, (7.20)

 

где – стрела провеса провода в грозовом режиме, м;

 

7,953 1,3 3 3,536 8,717.

 

Напряжение в тросе в грозовом режиме, , определяется по формуле

 

, (7.21)

	80 1712	33,757.
8,717

 

Принимая в качестве исходного грозовой режим , по уравнению состояния определяются напряжения в тросе в режимах низшей и среднегодовой температуры и в режиме наибольшей нагрузки. Результаты расчета троса представлены в таблице 7.6.

 

Таблица 7.6 – Результаты расчета троса на механическую прочность

 

Анализируя результаты расчета, представленные в таблице 7.6 можно сделать вывод о том, что условия прочности троса выполняются, следовательно, выбранный трос пригоден для условий проектируемой линии в нормальных режимах работы.

 

7.3 Выбор изоляторов, линейной арматуры и защита проводов и троса от вибрации.

 

В нормальных режимах поддерживающая гирлянда изоляторов воспринимает осевую нагрузку, состоящую из веса провода, гололеда и веса самой гирлянды.

Расчетные условия для выбора изоляторов в подвесной гирлянде [15]:

 

, (7.23)

, (7