Выбор электрооборудования высокой стороны подстанции

 

Выбор электрооборудования начинаем с выбора высоковольтной ячейки. Ячейку КРУ типа КМ-1 выбираем согласно[2, с. 512, таблица 9.5].

Технические данные ячейки сводим в таблицу 4.

 

Таблица 4- Технические данные высоковольтной ячейки.

Наименование параметра	Данные ячейки	Расчетные данные
Номинальное напряжение, кВ	10	10
Номинальный ток, А: сборных шин шкафов	1000 630	43 43
Количество и сечение силовых кабелей в шкафах отходящих линий	4(3 240)
Номинальный ток отключения, кА	20	2,24
Электродинамическая стойкость	51	4,2
Тип выключателя	ВМПП -10
Тип привода к выключателю	Встроенный пружинный
Габариты: ширина глубина высота	750 1200 2150

 

Выбор высоковольтного выключателя

Высоковольтный выключатель выбирается в соответствии с выбранной ячейкой по номинальному току и напряжению, роду установки и проверяется на термическую и динамическую устойчивость токам короткого замыкания, а так же на ток и мощность отключения.

Выбираем высоковольтный выключатель согласно[2, с.228, таблица 5.1], типа ВМПП -10 -630 -20У3. Технические данные выключателя сводим в таблицу 5.

Таблица 5 - Технические данные высоковольтного выключателя.

Расчетные данные		Параметры аппарата
Uуст ном, кВ	10	Uном, кВ	10
Imax, А	43	Iном, А	630
Iу, кА	4,2	Imax, кА	52
I∞2·tпр3, кА2·с	6,2	It2·t, кА2·с	202·8=3200
I″, кА	2,24	Iотк, кА	20

 

Выбор изолятора

Изоляторы выбираем по напряжению, роду установки, допускаемой механической нагрузке. Проходные изоляторы дополнительно выбираем по номинальному току.

Выбираем опорный изолятор по напряжению из условия

 

U_{из ном} ≥ U_{уст ном}; (64)

 

где U_{из ном} - номинальное напряжение изолятора, кВ

≥ 10

Напряжение изолятора может превышать напряжение установки на

-15%.

По допустимой механической нагрузке изоляторы выбираются из условия

 

F_расч ≤ 0,6 ·F_разр; (65)

 

где F_расч - расчетная нагрузка на изолятор при трехфазном ударном токе, Н; F_разр -минимальная разрушающая сила на изгиб, взятая по каталогу, Н.

≤ 0,6 ·4000=2400

Определяем силу, действующую на шину средней фазы, F⁽³⁾, Н по формуле

F⁽³⁾= ; (66)

 

где l - расстояние между опорными изоляторами в пролете (ширина высоковольтной ячейки), м;

а - расстояние между рядами изоляторов, м; а = 0,15.

F⁽³⁾= = 16 Н;

Выбираем опорный изолятор согласно[2, с.288], типа И4 -80УХЛ3;

Выбираем проходной изолятор по напряжению из условия

 

U_{из ном} ≥ U_{уст ном}; (67)

 

≥ 10;

По допустимой механической нагрузке изоляторы выбираются из условия

 

F_расч ≤ 0,6 ·F_разр;

 

Для проходных изоляторов

 

F_расч= 0,5 · F⁽³⁾;

 

F_расч= 0,5 ·16 = 8 Н;

≤ 0,6 ·3678=2207;

По номинальному ток проходные изоляторы выбираются из условия нагрева

 

I_{из ном} ≥ I_{max п/ст}; (68)

 

630 ≥ 220,4

Выбираем проходной изолятор согласно [2, с. 288], типа ИП -10/630 -750 -У

Выбор трансформатора напряжения

Трансформатора напряжения выбирается по роду установки, номинальному напряжению и проверяется по классу точности. Технические данные трансформатора напряжения сводим в таблицу 6.

 

Таблица 6 - Технические данные трансформатора напряжения.

Расчетные величины		Параметры аппарата
Uуст. ном, кВ	10	Uном, кВ	10
S2, ВА	14	Sном, ВА	120

 

Выбираем трансформатор напряжения [2, с. 337, таблица 3.36],типа НТМИ - 6 -6643.

Схема подключения приборов к трансформатору напряжения изображена на рисунке 4.

 

Рисунок 6 - Схема подключения трансформатора напряжения.

 

Для проверки на класс точности необходимо учесть нагрузку, потребляемую всеми приборами, подключаемыми к трансформатору напряжения. При этом должно выполняться условие

 

S_ном > S₂; (69)

где S_ном - номинальная мощность трансформатора напряжения, ВА

S₂ - суммарная мощность, потребляемая приборами, подключенными ко вторичной обмотке трансформатора напряжения, ВА

 

S₂= ; (70)

 

где ΣР, ΣQ -суммарная активная и реактивная мощности приборов, Вт,Вар

 

ΣР=ΣS_приб ·cosφ; (71)

ΣQ= ΣS_приб ·sin φ; (72)

 

где S_приб - мощность прибора, ВА

cosφ, sin φ -коэффициенты активной и реактивной мощности приборов

Определяем активную мощность прибора Р, Вт, по формуле

 

Р=n ·S ·cosφ; (73)

 

Р₁=3 ·2,6 ·1=7,8 Вт;

Р₂=3 ·1,5 ·0,38=1,71 Вт;

Р₃=Р₂=1,71 Вт;

Определяем суммарную активную мощность ΣР, Вт, по формуле

 

ΣР= Р₁+ Р₂+ Р₃; (74)

 

ΣР=7,8+1,71+1,71=11,7 Вт;

Определяем реактивную мощность каждого типа прибора Q, Вар, по формуле

 

Q= n ·S ·sinφ; (75)

₁=0;₂=3,15 ·0,92=4,14 Вар;₃= Q₂=4,14 Вар;

Определяем суммарную реактивную мощность ΣQ, Вар, по формуле

 

ΣQ= Q₁+ Q₂+ Q₃; (76)

 

ΣQ=0+4,14+4,14=8,28 Вар;

Определяем расчетную мощность S₂, ВА, по формуле

 

S₂= ; (77)

 

S₂= =14 ВА;

>14;

Приборы выбираем согласно [2, с. 387, таблица 6.26], заносим данные в таблицу 7.

 

Таблица 7- Технические данные измерительных приборов.

Наименование прибора	Тип	Мощность, потребляемая одной катушкой, ВА	cosφ	Количество приборов	Суммарная потребляемая мощность
					Р, Вт	Q, Вар
Вольтметр	Э -378	2,6	1	3	7,8	0
Счетчик активной энергии	СА -3У	1,5	0,38	3	1,71	1,38
Счетчик реактивной энергии	СР -44	1,5	0,38	3	1,71	1,38
				Итого	ΣР	ΣQ
				9	11,2	8,28

Защита трансформатора напряжения осуществляется предохранителями ПКН-10.

Выбор трансформатора тока

Трансформаторы тока выбираются по номинальному току и напряжению первичной и вторичной обмоток, по конструктивному исполнению и проверяются на класс точности.

Выбираем трансформаторы тока согласно [2, с. 294, таблица 5.9].

Обычно трансформаторы тока устанавливаются на двух фазах. Выбираем трансформатор тока с двумя сердечниками для цепей измерительных приборов и цепей релейной защиты. Класс точности измерительных приборов -0,5, приборов релейной защиты -3. Схема подключения приборов к трансформатору тока изображена на рисунке 5.

 

Рисунок 7- Схема подключения измерительных приборов.

 

При проверке на класс точности определяют нагрузку вторичной обмотки трансформатора тока и сравнивают ее с допустимой нагрузкой трансформатора из условия

 

r₀ > r_расч; (78)

 

где r₀ - номинальная нагрузка трансформатора тока, Ом;

r_расч - суммарное сопротивление цепи вторичной обмотки трансформатора тока, Ом.

Параметры измерительных приборов приведены в таблице 8.

 

Таблица 8- Технические данные измерительных приборов.

Наименование прибора	Тип	Нагрузка фазы А, ВА	Нагрузка фазы С, ВА
Амперметр	Э -378	0,1	---
Счетчик активной энергии	СА -34	2,5	2,5
Счетчик реактивной энергии	СР -49	2,5	2,5
Итого		5,1	5,0

 

Расчет ведем по наиболее нагруженной фазе по суммарно потребляемой приборами мощности.

Определяем суммарное сопротивление катушек приборов, включенных в фазу А, r_приб, Ом, по формуле

 

r_приб= ; (79)

 

где _ΣS_А - суммарная мощность для фазы А, ВА;

I₂ - номинальный ток вторичной обмотки трансформатора, I₂=5А.

r_приб= =0,204 Ом;

Выбираем сечение контрольного кабеля для соединения трансформатора тока с измерительными приборами. Контрольный кабель принимаем с алюминиевыми жилами длиной L=10 м, сечением S=2,5 мм².

Определяем сопротивление кабеля r_каб, Ом, по формуле

 

r_каб= ; (80)

 

где i -проводимость материала контрольного кабеля, м/Ом ·мм², i=32 м/Ом ·мм²

r_каб= =0,21 Ом;

Определяем расчетное сопротивление r_расч, Ом, по формуле

 

r_расч = r_приб + r_каб + r_к; (81)

 

где r_к -сопротивление переходных контактов, Ом; r_к=0,1 Ом;

r_расч= 0,204+0,21+0,1=0,514 Ом;

По расчетным данным выбираем трансформатор тока согласно

[2, с. 294, таблица 5.9], типа ТОЛ -10У2.

Данные трансформатора тока заносим в таблицу 9.

 

Таблица 9- Технические данные трансформатора тока.

Расчетные данные		Параметры аппарата
Uуст ном, кВ	10	Uном, кВ	10
Imax, А	43	Iном, А	200
iу, кА	4,2	Кд · ·Iном9,7
I∞ ·tпр2, кА ·с	4	(Кд ·Iн)2·t	9,72·1=94
Rрасч, Ом	0,514	R, Ом	0,6

 

Расчет шин

Сечение шины выбирается по длительно допустимому току из условия нагрева, проверяется на термическую и динамическую устойчивость при коротком замыкании.

По длительно допустимому току шину выбираем из условия

 

I_доп I_{max п/ст}; (82)

 

 43

Шину выбираем согласно 3 [6, с. 395, таблица 7.3],марки АТ - (30 4) мм², I_доп= 355 А;

Производим проверку на термическую устойчивость из условия

 

S_min S_ст; (83)

 

 45;

где S_min - минимальная площадь сечения шины, выдерживающая расчетный ток короткого замыкания за соответствующее время его протекания, мм² ;

S_ст - стандартная площадь сечения шины, мм².

Определяем минимальную площадь сечения S_min, мм², по формуле

 

S_min= ; (84)

 

где с - коэффициент, зависящий от материала шины; для алюминиевых с = 88;

t_пр2 - приведенное время второй ступени, с.

S_min= = 28 мм²;

Производим проверку шины на динамическое действие токов короткого замыкания.

Определяем наибольшую электродинамическую силу, действующую на шину средней фазы при трехфазном к.з. F⁽³⁾. Размеры и расположение шины изображены на рисунке 8.

Определяем наибольший изгибающий момент М, Н·м, по формуле

 

М= ; (85)

 

М= = 1,2 Н·м;

Определяем момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы W, м³, по формуле

 

W= ; (86)

 

где b -толщина шины, м

h -ширина шины, м

W= = 0,00000011 м³;

 

Рисунок 8- Размеры шины

 

Определяем расчетное напряжение в материале шины δ_расч, МПа, по формуле

 

δ_расч= ; (87)

 

δ_расч= = 10,9 МПа;

Проверка на динамическое действие токов к.з. производится из условия

 

δ_расч  δ_доп; (88)

 

где δ_доп -допустимое напряжение для материала шины; для алюминия -80 МПа .

,9  80;

Выбор электрооборудования низкой стороны подстанции

Определяем расчетный ток на каждое присоединение со стороны низкого напряжения:

для вводной линии, I_р, А

 

I_р= ; (89)

 

I_р= = 1278 А;

для каждого присоединения по отходящим линиям, I_пр, А

 

I_пр= ; (90)

 

I_пр1-4 = = 132 А;

I_пр5-8 = = 116 А;

I_пр9-12 = = 148 А;

для межсекционной перемычки, I_рс, А

 

I_рс= ; (91)

 

I_рс= = 913 А;

Согласно [3, с. 160, таблица 30.16] выбираем панели типа ПАР, данные сводим в таблицу 10.

Таблица 10 - Технические параметры и комплектация панелей типа ПАР.

Тип панели	Номинальный ток панели, А	Расчетный ток присоединения	Тип коммутационных и защитных аппаратов	Количество панелей	Назначение панелей
ПАР11 -52521	1500	1278	Р55-41 ВА55-41	2	вводная
ПАР11 -82535	1000	913	РОШ5-1000 ВА55 -41	1	секционная
ПАР11 -52506	250	132	Р20 -37000 ВА51 -35	4	линейная
ПАР11 -52506	250	116	Р20 -37000 ВА51 -35	4	линейная
ПАР11 -52506	250	148	Р20 -37000 ВА51 -35	4	линейная

 

Выбираем трансформаторы тока на каждое присоединение из условия нагрева

 

I_нт  I_р; (92)

 

Данные трансформаторов тока сводим в таблицу 11.

 

Таблица 11 - Технические данные трансформаторов тока.

Наименование присоединения	Расчетный ток присоединения	Номинальный ток трансформатора	Тип трансформатора	Количество трансформаторов
вводная	1278	1500	ТНШЛ -0,66	6
секционная	913	1000	ТК -10	2
линейная	132	150	ТК -10	12
линейная	116	150	ТК -10	12
линейная	148	150	ТК -10	12

 

Выбираем кабели согласно [7, с. 512, таблица П2.1] из условия нагрева и по напряжению

 

I_доп  I_р; (93)

U_нк  U_2н;

 

Данные кабелей сводим в таблицу 12.

 

Таблица 12- Технические данные силовых кабелей.

Наименование присоединения	Марка кабеля и способ прокладки	Сечение кабеля, мм2	Расчетный ток присоединения	Допустимый ток кабеля, А
Линейная РЩ1 - РЩ4	ААБ в земле	(4 35)132135
Линейная РЩ5 - РЩ8	ААБ в земле	(4 35)116135
Линейная РЩ9 - РЩ12	ААБ в земле	(4 50)148165

 

Выбираем автоматические выключатели согласно [5, с. 261, таблица 3.62 ] из условий

 

I_на  I_р; (94)

I_нр  1,25·I_р;   (95)

I_отс 1 ,5·I_пик;  (96)

I_пик= 4·I_р; (97)

 

Данные автоматов сводим в таблицу 13.

 

Таблица 13 - Технические данные автоматических выключателей.

Наименование присоединения	Тип автомата	Iр, А	1,25·Iр, А	1,5·Iпик, А	Iна, А	Iна, А	Iотс, А
вводная	ВА55 -41	1278	1596	7500	1600	1600	9600
секционная	ВА55 -41	913	1142	5478	1600	1280	7680
линейная	ВА51 -35	132	165	792	250	200	2400
линейная	ВА51 -35	116	145	696	250	200	2400
линейная	ВА51 -35	148	185	888	250	200	2400