Выбор токоведущих частей и электрического оборудования подстанции

 

Выбор аппаратуры и токоведущих частей подстанции, указанных на разработанной однолинейной схеме, заключается в сравнении рабочего напряжения и рабочего максимального тока с номинальными параметрами выбираемого аппарата, а для токоведущих частей – с допустимым током.

 Выбранные токоведущие части и оборудование должны быть проверены на термическую и электродинамическую стойкость по режиму короткого замыкания, кроме трех случаев, которые отражены в ПУЭ при напряжении выше 1000 В.

 

5.1 Выбор и проверка токоведущих частей

К токоведущим частям подстанций относятся сборные шины распределительных устройств, присоединения к ним, ошиновка, соединяющая электрические аппараты друг с другом согласно однолинейной схемы, а также вводы и питающие линии.

Сборные шины и ответвления от них, выполненные из гибких проводов, выбирают из условия:

I _доп ≥ I_{p . max} А,(5.1)

где  – максимальный рабочий ток той цепи, где производится выбор токоведущих части, А;

- длительно допускаемый ток для выбранной токоведущей части, А.

Выбираем провод– А-185

Проверка на термическую стойкость заключается в определении минимального необходимого сечения токоведущей части на расчетном участке цепи по режиму КЗ при нагревании его до максимально допустимой температуры, мм²:

q _в ≥ q_{min , ,}                                                                 (5.2)

где - сечение токоведущей части, мм²;

-минимально допустимое сечение токоведущей части по режиму короткого замыкания; определяется по формуле:

где В_к– тепловой импульс тока короткого замыкания для расчетной точки подстанции, кА²с;

 С – коэффициент, учитывающий соотношение максимально допустимой температуры токоведущей части и температуры при нормальном режиме работы.

Проверка токоведущих частей напряжением 35 кВ и выше на отсутствие коронирования проводится по условию:

(5.4)

где –максимальное значение начальной критической напряженности электрического поля, при которой возникает коронный разряд

(5.5)

где – линейное напряжение, кВ;

– радиус провода, см;

– среднее геометрическое расстояние между проводами фаз.

При горизонтальном расположении проводов фаз расстояние между соседними фазами сборных шин и ошиновки (D): при напряжении 110кВ =185  см

Среднее расстояние определяется по формуле:

(5.7)

Условие выполняется:

Выбранный провод подходит проверку на отсутствие коронирования и по термической стойкости, окончательно выбираем провод А-185.

Выбор и проверка проводятся аналогично по формулам 5.1-5.7:

170 А≥145,66 А

Выбираем провод А–35 с допустимым током 170 А.

Проверка на термическую стойкость:

Проверка на отсутствие коронирования:

 кВ/см

Выбранный провод подходит проверку на отсутствие коронированияипо термической стойкости, окончательно выбираем провод А-35.

 Жесткие токоведущие части (шины) выбираются по условию:

(5.8)

480A≥464,2A

Выбираем шину А 40×4 на ребро с допустимым током 870 А.

Проверка на электродинамическую стойкость проводится по условию:

(5.9)

где - 40МПа для алюминиевых шин    

40 МПа

Проверка завершена, условие выполняется.

 

5.2 Выбор и проверка изоляторов

Подвесные изоляторы предназначены для крепления изоляции проводов воздушных линий электропередачи, гибких шин открытых распределительных устройств подстанции, которые собираются в гирлянды с определенным количеством изоляторов в зависимости от уровня напряжения. Количество изоляторов в гирлянде приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 – Количество подвесных изоляторов

Тип изолятора	Напряжение, кВ	Количество, шт.
ПС-70	110	9
ПС-70	35	3

 

Опорные изоляторы служат для крепления и изоляции жестких шин распределительных устройств. Они выбираются по следующим условиям с учетом их конструкции и места установки:

(5.10)

где - номинальное напряжение изолятора, кВ;

- рабочее напряжение распределительного устройства, кВ;

F – сила, действующая нагрузка на изгиб изолятора, Н.

10 кВ = 10кВ

Выбираем изолятор типа ОФ-10-375 с минимальным разрушающим усилием на изгиб 3680 Н и массой не более 1,50 кг

Проверка изолятора на стойкость токам короткого замыкания производится по условию:

(5.11)

Сила, действующая на изолятор при коротком замыкании, определяется по формуле:

(5.12)

54,19 Н 3680 = 2208 Н

Проходные изоляторы применяются на подстанциях для соединения частей электроустановки, находящихся внутри и снаружи ячеек, для соединения наружных и внутренних частей аппаратов. Частей электроустановки, расположенных на открытом и закрытом распределительных устройствах.

В зависимости от конструкции и места установки проходные изоляторы выбираются по следующим условиям:

- по номинальному напряжению ;

- по номинальному току ;

- по допустимой нагрузке .

Так как проходные изоляторы воспринимают лишь половину усилия, приходящегося на длину пролёта, то для них сила , действующая на изолятор, определяется по формуле:

(5.13)

27,01 Н 7500 = 4500 Н

Параметры выбранного проходного изолятора приведены в таблице 5.3.

Таблица 5.3-Электрические параметры проходного изолятора

Тип  Изолятора	Номинальное Напряжение, кВ	Номинальный ток токоведущего стержня, А	Максимальное Разрушающее усилие на изолятор, Н
ПНМ-10/630-750	10	400	7500

 

5.3 Выбор и проверка высоковольтных выключателей переменного тока

При выборе выключателей необходимо учесть двенадцать различных параметров, но так как заводами–изготовителями гарантируется определенная зависимость ряда параметров друг от друга, например  то допустимо производить выбор выключателей только по важнейшим параметрам в зависимости от места установки (наружная или внутренняя) и условий работы по напряжению и току так, чтобы выполнялись условия:

,                                     (5.14)

I _н ≥ I_{p . max} ,                                     (5.15)

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется:

- по предельному периодическому току короткого замыкания

(5.16)

где – эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока короткого замыкания по паспорту, кА;

–установившееся значение тока трехфазного короткого замыкания в цепи, где установлен выключатель, кА.

-по ударному току:

(5.17)

где – амплитудное значение предельного сквозного тока по паспорту, кА.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока короткого замыкания:

(5.18)

где – среднеквадратичное значение тока за время его протекания (ток термической стойкости) по паспорту, кА;

–длительность протекания тока термической стойкости по паспорту, с;

– тепловой импульс тока короткого замыкания,

В справочной литературе для ряда выключателей не приводятся значения номинальной отключаемой мощности. В этом случае ее необходимо  ее необходимо рассчитать:

для РУ-110 кВ;

для РУ-35 кВ;

для РУ-10 кВ.

Отключающая способность выключателей напряжением выше 1000 В характеризуется отключаемым током  и отключаемой мощностью , которые являются паспортными данными. По этим двум параметрам производится проверка выключателей по отключающей способности:

-по номинальному периодическому току отключения

(5.20)

 

где – номинальный предельно отключаемый ток выключателя по паспорту при его номинальном напряжении, кА;

– ток трехфазного короткого замыкания, кА.

-по предельно отключаемой мощности:

(5.21)

где – номинальный предельно отключаемая мощность выключателя по паспорту, МВА;

– мощность трехфазного короткого замыкания по расчету, МВА.

Выбор и проверка выключателей производится в справочной технической литературе, исходя из условий, описанных выше. Результаты выбора и проверки выключателей сведены в таблицу 5.4

Таблица 5.4 – Сопоставление расчетных и паспортных параметров выключателей

Наименование выключателей
ВМТ-110Б-20-1000
ВВУ-35А-40/2000У1
ВЭ-10-3600-20У3

 

5.4 Выбор и проверка быстродействующих выключателей постоянного тока

Быстродействующий выключатель выбирается, исходя из условий 5.14, 5.15:

Iн

3300В

3200A

Выбираем к установке выключатель типа ВАБ-49-3200/30-Л-УХЛ4 (два последовательно).

Таблица 5.4 -Отключающая способность

два последовательно соединённых выключателя должны отключать аварийные токи в цепи с индуктивностью 3–11 мГн:	35000А;
в цепи с индуктивностью 5–15 мГн:	1000–4000А;
пределы тока установки:	2000–5000А;
собственное время размыкания цепи при уставке:	5000А…….0,005с 2000А ……. 0,006с

 

5.5 Выбор и проверка разъединителей

Разъединители на электрической подстанции предназначены для создания видимого разрыва цепей.

Разъединители выбираются по следующим условиям:

- по конструкции, то есть когда необходимо учитывать место расположения разъединителя (внутренняя или наружная установка, количество заземляющихножей и их расположения);

- по номинальному напряжению формула 5.14;

- по номинальному току формула 5.15.

Проверка выбранных разъединителей проводится по следующим условиям:

- по электродинамической стойкости

(5.22)

-по термической стойкости

(5.23)

Выбор и проверка разъединителей производится по справочной технической литературе, исходя из условий, описанных выше.

 

Результаты выбора и проверки выключателей сведены в таблицу 5.5.

Таблица 5.5 -Результаты выбора и проверки разъединителей

Наименование разъединителя	кВ	кА	кА	кА2∙с
РНД(3) – 110/100
РНД(3) – 35/2000
РВРЗ– 10/3000

 

5.6 Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения измерительных приборов (амперметров), токовых цепей счетчиков активной и реактивной энергии и устройств релейной защиты.

Условия выбора:

- по конструкции, назначению и классу точности;

- по номинальному напряжению:

;(5.24)

- по номинальному току первичной обмотки:

I _1н ≥ I_{p . max} ;                  (5.25)

Выбранные трансформаторы тока проверяют по следующим условиям:

- по электродинамической стойкости:

(5.26)

где – первичный номинальный ток выбранного трансформатора тока, кА;

– кратность электродинамической стойкости по паспорту трансформатора.

 

- по термической стойкости (для отдельного стоящих трансформаторов тока)

(5.27)

где – кратность термической стойкости по паспорту трансформатора тока;

– время прохождения тока термической стойкости, с;

– первичный номинальный ток выбранного трансформатора тока, кА.

Условия проверки:

(5.28)

где – вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом;

–номинальная допустимая нагрузка трансформатора тока, Ом.

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому с допустимой погрешностью можно принять . Вторичная нагрузка состоит из сопротивления приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов:

(5.30)

Для определения сопротивления мы выбираем амперметр типа Э377 с мощностью катушки тока  0,5 ВА; счетчики активной энергии типа САЗУ-1670 -2,5 ВА, реле максимального тока типа РТ-40/2 -0,2 ВА

(5.31)

- для РУ-110кВ

- для РУ-35кВ

- для РУ-10кВ

Результаты выбора и проверки трансформаторов тока сведены в таблицу 5.6.

Таблица 5.6 – Сопоставление паспортных и расчетных параметров выбранных трансформаторов тока

Тип трансформатора тока	кВ	кА	кА		Ом
ТФЗМ-110А
ТФЗМ-35А
ТНШЛ-10

 

5.7 Выбор и проверка измерительных трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения предназначены для снижения высокого напряжения до величины 100 или  В для питания измерительных приборов, счётчиков активной и реактивной энергии, устройств релейной защиты.

Выбор трансформатора напряжения производится:

- в зависимости от конструкции и места установки;

- по номинальному напряжению ;

- по классу точности, так как трансформатор напряжения имеет значения номинальной мощности, соответствующие классам точности 0,2; 0,5; 1; 3.

Выбранный трансформатор напряжения должен быть проверен по нагрузке вторичной цепи по условию:

(5.32)

 

где  – номинальная мощность трансформатора в выбранном классе

точности, ВА;

 – номинальная мощность однофазного трансформатора.

Мощность, потребляемая измерительными приборами и реле, подключёнными к вторичной обмотке, ВА:

(5.33)

где  и  – сумма активных и реактивных мощностей приборов и реле, Вт и ВАр соответственно.

Активная и реактивная мощности каждого прибора, подключенного к вторичной обмотке измерительного трансформатора, определяются по формулам:

(5.34)

(5.35)

где - полная мощность, потребляемая прибором, ВА;

- коэффициент мощности прибора;

Расчет активных мощностейприборов:

.

Расчет реактивных мощностей приборов:

;

 

Полная мощность, потребляемая от трансформатора напряжения:

Выбранные трансформаторы напряжения приведены в таблице 5.7.

Таблица 5.7 -Выбор трансформаторов напряжения

Тип	Напряжение, В			Номинальная мощность, ВА, в классе точности			Предельная мощность, ВА	Схема и группа соединения обмоток
	Первичное	вторичное	Дополнительные обмотки НН
	U1н	U2н		0,5	1	3
НКФ-110-52	11000:	100:	100	400	600	1200	2000	1/1-0
НОМ-35-66	35000:	100:	100:3	150	250	600	1200	1/1-0
НАМИ-10	10000	100	100:3	120	200	500	960	1/1/1-0

 

 

5.8Выбор оборудования для защиты от перенапряжений

Защита электрических подстанций от прямых ударов молнии необходима, она осуществляется стержневыми молниеотводами, устанавливаемыми на открытой части подстанции.

От коммутационных и индуктивных грозовых перенапряжений изоляция оборудования электрических подстанций защищается разрядниками или ограничителями перенапряжений.

Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений выбираются:

- в зависимости от вида защищаемого оборудования;

- в зависимости от рода тока;

- по номинальному напряжению

Выбранные типы ограничителей перенапряжения указаны в таблице 5.8.

 

Таблица 5.8-Результаты выбора разрядника

Тип	Номинальное напряжение, кВ	Наибольшее допустимое напряжение на разряднике, кВ	Номинальный разрядный ток, кА	Расчетный ток коммутационного перенапряжения на волне 30/60 мкс, А	Остающееся напряжение, кВ, не более, при импульсном токе с длиной фронта волны 8 мкс и амплитудой
					500 А	5000 А	10000 А
ОПН-П1-110 УХЛ1	110	173	10	400	180	216	228
ОПН-П1-35 УХЛ1	35	40,5	10	400	102	120	127
ОПН-П1-10 УХЛ 1	10	12	10	400	29,5	36	38