Действующее значение полного тока трехфазного КЗ за первый период определяют по формуле

 (для шин 10 кВ)

При КЗ в электросетях, питающихся от мощных энергосистем, периодическая слагающая тока КЗ практически не изменяется во времени.

, где Int – действующее значение периодической слагающей тока КЗ через время t.

Величина тока КЗ двухфазного определяют из выражения

Результаты расчетов сводятся в таблицу 10 и таблицу 11.

2.4 Выбор высоковольтного оборудования и проверка его по режиму КЗ

Надежная и экономичная работа электрических аппаратов и токоведущих частей может быть обеспечена лишь при правильном выборе по условиям работы как в длительном режиме, так ив режиме КЗ.

Для длительного режима аппаратура и проводники выбирают по номинальному напряжению, с учетом конструкции и рода установки (для внутренней или наружной установки, для комплектных подстанций и ячеек распредустройств) сравнивают номинальное напряжение Uан и номинальный ток аппарата с требуемыми параметрами.

Uан≥U уст.н.; I а.н.≥I раб.max,

где Uуст – напряжение установки, где используется рассматриваемая аппаратура

Iраб max – максимальный рабочий ток установки.

Для трансформаторов напряжения и разрядников должно быть Uан=Uуст.н.

Для предотвращения механических повреждений под действием усилий, возникающих в проводниках при протекании по ним токов КЗ, все элементы должны обладать достаточной эл. динамической устойчивостью.

Под эл. динамической устойчивостью понимают обычно способность аппарата или шинных конструкций противостоять кратковременным усилиям, возникающим при протекании тока КЗ без повреждений препятствующих их дальнейшей нормальной работе.

Для электрических аппаратов завод-изготовитель указывает гарантийное значение тока КЗ при котором обеспечивается эл. динамическая устойчивость. При выборе аппаратов гарантированная заводом-изготовителем величина сравнивается с расчетным током КЗ. Должно быть выполнено условие Iдин≥I3y

Электрическая устойчивость жестких шин (за исключением комплектных токопроводов и шин КРУ) определяется расчетом механических напряжений в материале проводника. Критерием устойчивости служит выполнение условия Gдоп≥Gрасч, где Gдоп и Gрасч – соответственно допустимое и расчетное значение механических напряжений в материале проводника.

2.4.1 Выбор гибких шин.

Сечение гибких шин выбирается по экономической плотности тока.

qэк=Iраб/jэк,

где jэк – экономическая плотность тока А/мм2 (для алюминиевых шин принимаем 1,1) [7] (табл. 4.1.).

Рабочий ток Iраб определим по формуле )

qэк=Iраб/jэк=46,8/1,1=42,5мм2

ближайшее по значению сечение 50 мм2.

Но т.к. длина гибких шин не велика (чуть более 30 мм), а питающие линии выполнены проводом АС 185, принимаем гибкие шины из провода АС 185. Это незначительно увеличит стоимость, но зато упростили монтаж при подключении к магистральной линии.

Проверку на длительно допустимый ток не выполняем т.к. провод взят со значительным превышением необходимого сечения.

Выполним проверку по допустимому термическому действию К3 Qк£Qк доп или

В практических расчетах для определения минимальной величины сечения, допустимого по термической устойчивости, пользуются второй формулой, где С=880С – длительно допустимая температура для алюминиевых шин,

Вк=I"2(tотк+Та),

гдеI"2 – начальное значение периодической составляющей тока КЗ (для шин 110 кВ I"=577 А)

tоткл – время отключения КЗ.

tотк – согласно ПУЭ время отключения (время действия КЗ) tотк складывается из времени действия основной релейной защиты данной цепи tрз и полного времени отключения выключателя tов

t отк=tрз+tов

При этом можно принять tрз=0,1 с

С учетом характеристик выключателей (таб.4.16 [7]) получим время отключения КЗ в пределах: t=0,16¸0,2с. (принимаем 0,18 с)

Та – 0,115 – постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ

Вк=(0,18+0,115)=65,5А2с106

qmin=

Выбранное сечение проходит с большим запасом.

Гибкие шины и токопроводы обычно крепятся на гирляндах подвесных изоляторов с достаточно большим расстоянием между фазами.

Для сборных шин 110 кВ – 3,0 м.

При таких расстояниях сила воздействия между фазами невелики, а поэтому расчет на динамическую устойчивость гибких шин не производят.

Проверку на коронирование в данном случае можно не проводить т.к. согласно ПУЭ минимальное допустимое сечение для воздушной линии 110кВ – АС70. Учитывая, что на ОРУ-110 кВ расстояние между фазами меньше, чем на воздушной линии проведем проверочный расчет для q=185мм2 (АС-185) d=19,1 Iдоп=510A, радиус провода r0=19,1/2=9,55мм≈1 см. Расстояние между фазами Р=300 см, фазы расположены горизонтально. Рабочий ток принимаем по Iраб макс=2Iраб Iраб макс=93,6A

Провод не будет коронировать при условии, если наибольшая напряженность поля у поверхности любого провода не более 0,9Е0. Таким образом, условие проверки на корону можно записать в виде: 1,07Е≤0,9Е0

Определим начальную критическую напряженность Е0

,

где m – коэффициент учитывающий поверхностную шероховатость провода (m=0,82 – для многопроводных проводов) [7], r0 – радиус провода в см.

Е0=30,3 0,82кВ/см

Определим напряженность вокруг провода (максимальное значение) Е;

где U=121 кВ, т.к. на линиях подстанции поддерживают напряжение 1,1Uн; (Рср=1,26Р при горизонт. расп. [7])

Е=кВ/см

Проверим по условию 1,07Е≤0,9Е0

1,07 17,3=18,5<0,9 32,4=29,2

ТО Провод АС 185 проходит по условию коронирования.

2.4.2 Выбор силового оборудования 110 кВ

С целью снижения стоимости сооружения подстанции принимаем к установке отделители, разъединители и короткозамыкатели. Разъединители предназначены для включения и отключения электрических цепей напряжением выше 1000 В без нагрузки и для создания видимого разрыва. В отдельных случаях разрешают отключать разъединители электрические цепи при протекании через них токов значение и характер которых регламентирован ПТЭ.

Короткозамыкатели предназначены для создания искусственного КЗ на стороне высшего напряжения подстанции, вследствие чего срабатывает защита и отключается выключатель головного участка питающей линии. В безтоковую паузу АПВ отделитель отключает трансформатор, создавая видимый разрыв в электрической цепи.

Исходя из ранее сказанного и зная рабочее напряжение U=110 кВ тепловой импульс тока Вк=65,5 кА2с и ток КЗ I"(3)=14,9 кА.

Выбираем оборудование с учетом открытой установки.

Таблица 12. - Разъединитель наружной установки РН8(3) – 2 – 110/630У1

Тип привода ПРН-110М

Таблица 13. - Короткозамыкатель КЗ-110

Тип привода ШПКМ.

Таблица 14. - Отделитель ОД(3)-1-110/600У1

Тип привода ШПО.

Выбранное оборудование удовлетворяет условиям если даже принять одновременную работу двух трансформаторов в аварийном режиме с перегрузкой 1,4.

2.4.3 Выбор силового оборудования 10 кВ

Для установки на стороне 10 кВ принимаем комплексные распределительные устройства типа КРУ серия К-Х11.

Зная полные мощности на отходящих линиях найдем рабочие токи.

Ф-304

Ф-305

Ф-306

Таблица 15. - Вводные ячейки КРУ К-Х11

Таблица 16. - Ячейки отходящие К-Х11.

Комплектные распределительные устройства укомплектованы масляными выключателями ВМП-10К. Т.к. основные технические показатели КРУ ориентированы на масляный выключатель, то проверяем выключатель только на термическую устойчивость. Из таб. 18.2.[2] масляный выключатель ВМП-10К выдерживаем ток в 20 кА до 5 с, 14кА до 10 с.

Электродинамическая устойчивость жестких шин для комплектных токопроводов и шин КРУ не выполняется. [7].

2.4.4 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбираем по номинальному напряжению, по минимальному току первичной цепи классу точности, номинальной мощности вторичной цепи и проверяют на эл. динамическую и термическую устойчивость при протекании сквозных токов КЗ. Если трансформаторы тока предназначены цепей релейной защиты, то их проверяют на 10 % погрешность.

При выборе трансформаторов тока по номинальным напряжению и току первичной цепи должны быть выполнены следующие условия: Uнтт≥Uнуст; Iн1≥Iраб ффс; где Uнтт – номинальное напряжение т.к. Iн1 – номинальный ток первичной обмотки.

По классу точности т. т. выбирают в зависимости от типа и класса точности присоединяемых к ним приборов. Для питания амперметров и токовых реле класс точности-3; для токовых реле встроенных в привод выключателей и оперативных цепей релейной защиты класс точности – 10.

Выбор трансформаторов тока по мощности сводится к сравнению его номинальной вторичной мощности с расчетной вторичной нагрузкой, при этом должно быть выполнено условие Sн г≥Sрасч, где Sн2=I2н2rн2 – номинальная мощность тр-ра тока ВА; Iн2- номинальный ток вторичной обмотки тр-ра тока А; rн2 – номинальное сопротивление вторичной цепи трансформатора тока. Ом.

,

где ΣSприб – полная мощность приборов, подключенных к трансформатору тока ВА;

rпров – активное сопротивление проводов, Ом;

rк – активное сопротивление контактов (принимается 0,1 Ом)

Принимаем к установке: в водных и секционной ячейке ТОЛ-10-0,5/Р[2]

Таблица 17. – ТОЛ-10-0,5/Р.

Для обеспечения класса точности – 3, rн2=1,2 и Sн2=30ВА на отходящих фидерах ТПЛ 10-0,5/Р [2]

Таблица 18. - ТПЛ 10-0,5/Р

Проверку тр-ов тока на динамическую устойчивость выполняют по формуле:

где Кдин – кратность динамической устойчивости.

Проверку на термическую устойчивость по выражению:

,

где k1c – кратность односекундной динамической устойчивости.

Таблица 19. – ТПЛ 10-0,5/Р (Iн1=100А)

Необходимо выбрать другой тр-ор т.к. этот не проходит по термической устойчивости.

Таблица 20. - ТПЛ 10-0,5/Р (Iн1=150А)

Для обеспечения класса точности – 3 необходимо rн2=1,2; Sн2=30ВА.

2.4.5 Выбор трансформатора напряжения

Трансформаторы напряжения выбирают по номинальному напряжению, классу точности и вторичной нагрузки.

При выборе трансформатора напряжения по номинальному напряжению должно быть выполнено условие:

где  - номинальное напряжение первичной обмотки трансформатора напряжения.

По классу точности трансформаторы напряжения выбирают в зависимости от допустимой погрешности измерений присоединенных приборов. Т.к. от одного трансформатора напряжения могут питаться приборы с различными требуемыми к точности, то ориентируются на наивысший класс точности. Работа в принятом классе точности гарантируется при отклонении напряжения не превышающем 10% от номинального.

Трансформаторы напряжения по вторичной нагрузке проверяют по условию:

где  - номинальная мощность трансформатора напряжения в принятом классе точности;

 - вторичная нагрузка трансформатора напряжения.

 определяют по формуле:

где  - суммарная мощность приборов, присоединенных к трансформатору тока;  - суммарная реактивная мощность приборов.

Если в каталоге приведены нагрузки приборов, выраженные в Ом, то мощность приборов определяют по формуле:

На электродинамическую устойчивость трансформаторы напряжения не проверяют. На основании выше сказанного принимаем к установке трансформатора напряжения НТМИИ – 10 [2].

Таблица 21. – НТМИИ – 10.

2.5 Собственные нужды и оперативный ток на подстанции

На подстанциях затраты мощности на С.Н. сравнительно невелики и не зависят от мощности подстанции.

На районных понижающих подстанциях сельхозназначения устанавливается один трансформатор собственного назначения мощностью 25 – 63 кВ·А с вторичным напряжением 380/220 В. На двух трансформаторных подстанциях рекомендуется устанавливать два трансформатора СН.

Трансформатор СН присоединяется к шинам низшего напряжения. В конкретном случае можно применить ячейку КРУ серии К-ХII приспособленную для установки трансформатора СН мощностью до 60 кВ·А.

2.5.1 Выбор трансформатора СН

Расчет проводим для одного трансформатора.

Мощность трансформатора СН найдем из формулы:

где  - коэффициент несовпадения максимумов силовой и осветительной нагрузки. Принимаем 0,9.

суммарная максимальная мощность силовой и осветительной нагрузки.

 - коэффициент одновременной осветительной нагрузки.

 - КПД сети освещения = 0,96.

 - сумма мощностей собственных нужд,  принимаем 50 кВт.

 - установленная мощность освещения,  = 15 кВт.

 - суммарная максимальная реактивная мощность силовой нагрузки.

 кВт.

 кВт.

 кВт.

Принимаем к установке два трансформатора ТМ – 40/10.

2.5.2 Источники оперативного тока

На сельских подстанциях для питания сетей оперативного тока релейной защиты и автоматики в основном применяют переменный ток, в качестве источников которого используют трансформаторы тока, напряжения и собственных нужд электроустановок.

Трансформаторы тока используют как источники оперативного тока для релейных защит, реагирующих на увеличение тока в электрической цепи (защита от КЗ и перегрузок).

Трансформаторы напряжения и трансформаторы СН могут быть использованы для оперативных цепей релейной защиты, реагирующих на ненормальные режимы работы, не связанные с большим снижением напряжения (защита от перегрузок, повышения напряжения, замыкания на землю в сетях с изолированной нейтралью и т.п.).

Для питания приборов, аппаратов защиты и автоматики, работающих на постоянном токе применяют подключенные к трансформаторам тока блоки типа БТП и к трансформаторам напряжения и СН – шина БПН, а также блок БК, энергию которых используют для питания отключающих электромагнитов.

Напряжения блоков питания типа БПН 100 и БПТ 101 – 24…48 В, длительная мощность 100 Вт, кратковременная 200 Вт, у БПТ – 1002 и БПН – 1002 напряжение 110 и 220 В мощность 800 и 1000 Вт соответственно.

2.6 Релейная защита

Релейной защитой называют автоматическое устройство, состоящее из одного или нескольких приборов реле, которые реагируют на изменение режима в каком-либо участке электрической цепи и подают импульс на отключение данного участка или на сигнализацию. В схемах автоматики при помощи реле осуществляют заранее предусмотренное автоматическое изменение режима работа электроустановки или поддержание его в заданных пределах.

Для того, чтобы релейная защита правильно своевременно выполняла свои функции, к ней предъявляют ряд требований.

Быстродействие. Это качество необходимо для ограничения размеров повреждения, вызванных токами КЗ, уменьшения продолжительности снижения напряжения у потребителей.

Время , необходимое для отключения поврежденного участка состоит из времени  - действия релейной защиты и времени  - действия выключателя с приводом.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9