Выбор схем распределительных устройств

В РУ 110 кВ целесообразно принимать схему мостика с ремонтной перемычкой (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Схема мостика с ремонтной перемычкой

 

В РУ 10 кВ принимают схему с одной системой сборных шин, секционированной выключателем (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Схема с одной системой сборных шин, секционированной выключателем

 

Достоинствами схемы являются простота, наглядность, экономичность, достаточно высокая надежность. Кроме того авария на сборных шинах приводит к отключению только одного источника и половины потребителей, вторая секция и все её присоединения к ней остаются в работе. Однако схема обладает и рядом недостатков.

Расчёт токов короткого замыкания для выбора аппаратов

И токоведущих частей

На основании расчётной схемы составляют схему замещения (рисунок 5).

 

 

Рисунок 5 – Схема замещения

 

Сопротивление энергосистемы X₁,Ом, вычисляют по формуле

 

,                                          (9)

   где Х _с  – относительное номинальное сопротивление энергосистемы 

 [p.1,   таблица 1]  ;

   S_б – базовая мощность, МB∙А; S_б =1000 МВ∙А [9, c.100];

   S_с – мощность энергосистемы, МВ∙А [p.1, таблица 1].

 

.

 

Сопротивление воздушной линии X₂,Ом, вычисляют по формуле

 

,                                   (10)

 

,

где Х_уд – удельное сопротивление воздушной линии, Ом/км; Х_уд = 0,4 Ом/км [9, c.98, таблица 3.1];

   L₁ – длина воздушной линии, км [p.1, таблица 1];

   U_cp1 – среднее напряжение, кВ; U_ср1 = 37 кВ [9, с.30].

По формуле (10)

 

,

X2  = X₃ = 35,06.

 

Сопротивление трансформатора X₄,Ом, вычисляют по формуле

 

,                                           (11)

  где  Uк - напряжение к.з., % [p.1. таблица 2];

 S_н.тр. – номинальная мощность трансформатора, МВ∙А [р.1, таблица 2]

 

,

 

X₄ = X₅ = .

 

Составляют схему замещения для расчёта токов к.з. в точке К1 (рисунок 6).

 

 

Рисунок 6 - Схема замещения для расчёта токов к.з. в точке К1.

 

      Результирующее сопротивление в точке К1 X_рез1,Ом, вычисляют по формуле.

 

 
                                            (12)  

Преобразуют схему замещения для расчёта токов к.з. в точке К2
(рисунок 7).

 

 

Рисунок 7- Преобразованная схема замещения для расчета токов к.з. в точке К2

 

Результирующее сопротивление в точке К2 X_рез2,Ом, вычисляют по формуле

 

                               (13)

 

Периодическую составляющую токов к.з. в начальный момент времени в точке К1 I_по1, кА, вычисляют по формуле.

 

,                                            (14)

где I_б1 – базовый ток в точке К1, кА, вычисляют по формуле

 

  ,                                             (15)

 ,

 

    По формуле (14)

 

.

 

Ударный ток к.з. в точке К1 i_уд1, кА, вычисляют по формуле

 

,                                     (16)

где Куд1 – ударный коэффициент в точке К1, Куд1 = 1,608 [9, c.110, таблица 3.6].

 

 

 

Периодическую составляющую токов к.з. в начальный момент времени в точке К2 I_по2, кА, вычисляют по формуле

 

,                                                     (17)

где I_б2 – базовый ток в точке К2, кА, вычисляют по формуле:

 

 

,                                                   (18)

где U_ср2 – среднее напряжение, кВ; U_ср2 = 10,5 кВ [9, с.97].

 

 

 

       

     По формуле (17)

 

 

 

Ударный ток к.з. в точке К2 i_уд2, кА, вычисляют по формуле

 

,                                          (19)

где Куд2 - ударный коэффициент в точке К2; Куд2= 1,369 [9, c.110, таблица 3.6].

 

 

 

Результаты расчёта токов к.з. сводят в таблицу 4.

 

    Таблица 4 – Расчёт токов к.з.

 

Точка к.з.	Uср, кВ	Xрез	Iб, кА	Iп0, Ка	iуд, кА
К1	37	18,38	15,62	0,85	1,93
К2	10,5	25,38	55,05	2,17	4,19

 

Выбор аппаратов

Выбор выключателей

Максимальный расчетный ток в РУ ВН , A, вычисляют по формуле

 

,                                       (20)

где K - коэффициент, определяющий величину допустимых длительных перегрузок; K=1,4 [9, с.170];

U_вн – номинальное напряжение РУ ВН, кВ [p.1, таблица 1].

 

 

Выбирают элегазовый выключатель типа ВГБЭ-35 [16 с. 31]Технические данные элегазового выключателя типа ВГБЭ-35  представлены в таблице 5.

 

    Таблица 5 – Технические данные элегазового выключателя типа ВГБЭ-35

 

Uн, кВ	Iн, А	iдин, кА	Iтер, кА	tтер, с	Iн.откл, кА	tотк, с	tcв, с
35	630	12,5	12,5	3	20	0,17	0,05

 

Тепловой импульс тока к.з. В_к1, кА² ∙ с, определяют по формуле

 

                           (21)

где T_a – время затухания апериодической составляющей тока к.з., с; T_a=0,05 [9, с 110 таблица 3.6];

   t_откл1 – полное время отключения к.з., с; t_откл1 = 0,17 с [9, с. 155].

 

 

Условия для выбора и проверки элегазового выключателя типа                    ВГБЭ-35 представлены в таблице 6.

 

   Таблица 6 – Условия для выбора и проверки элегазового выключателя типа ВГБЭ-35

 

Параметр	Расчётная величина	Номинальная величина	Условие для выбора и проверки
1	2	3	4
Номинальное напряжение, кВ

 

Окончание таблицы 6

 

1	2	3	4
Номинальный ток, А
Симметричный ток (эффективное значение), кА
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), кА^2 с

 

Выбранный элегазовый выключатель типа ВГБЭ-35 удовлетворяет всем условиям.

Максимальный расчетный ток в РУ НН I_р.max2, А, вычисляют по формуле

 

 ,                                            (22)

где U_нн – номинальное напряжение РУНН, кВ.

 

Выбирают вакуумный выключатель типа ВВТП-10-20 [8, c.630, таблица П4.4]. Технические данные вакуумного выключателя типа ВВТП-10-20 представлены в таблице 7.

 

  Таблица 7–Технические данные вакуумного выключателя типа ВВТП-10-20

 

Uн, кВ	Iн, А	iдин, кА	Iтер, кА	tтер, с	Iн. откл, кА	tотк, с	tсв, с
10	1000	52	20	3	20	0,027	0,037

 

Тепловой импульс тока к.з. В_к2,кА² ∙с, вычисляют по формуле

 

,                            (23)

где t_откл2 – полное время отключения к.з., с; t_откл2= 0,027 с [9, с. 155].

 

 

  Условия для выбора и проверки вакуумного выключателя типа ВВТП-10-20 приведены в таблице 8.

 

   Таблица 8 - Условия для выбора и проверки вакуумного выключателя типа ВВТП-10-20

 

Параметр	Расчётная величина	Номинальная величина	Условие для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Симметричный ток (эффективное значение), кА
Номинальный тепловой импульс (термическая стойкость), кА^2 с

 

Выбранный вакуумный выключатель типа ВВТП-10-20 удовлетворяет всем условиям.

 

Выбор разъединителей

Выбирают разъединитель типа РНДЗ-35/630 [8, с. 628, таблица П4.1]. Технические данные разъединителя типа РНДЗ-35/630 приведены в таблице 9.

 

    Таблица 9 - Технические данные разъединителя типа РНДЗ-35/630

 

Uн, кВ	Iн, А	пр.скв ,кА	Iтер, кА	tтер, с
35	630	63	25	3

 

Условия для выбора и проверки разъединителя типа РНДЗ-35/630 приведены в таблице 10.

 

  Таблица 10 - Условия для выбора и проверки разъединителя типа РНДЗ-35/630

 

Параметр	Расчётная величина	Номинальная величина	Условие для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Ассиметричный ток, кА
Номинальный тепловой импульс, кА^2 с

Выбранный разъединитель типа РНДЗ-35/630 удовлетворяет всем условиям.

Выбирают разъединитель типа РНДЗ-10/1000 [8, с. 628, таблица П4.1]. Технические данные разъединителя типа РНДЗ-10/1000 приведены в таблице 11.

 

  Таблица 11 - Технические данные разъединителя типа РНДЗ-10/1000

 

Uн, кВ	Iн, А	пр.скв ,кА	Iтер, кА	tтер, с
10	1000	51	20	3

 

Условия для выбора и проверки разъединителя типа                                 РВЗ-10/1000 приведены в таблице 12.

 

      Таблица 12 - Условия для выбора и проверки разъединителя тип  РНДЗ-10/1000

 

Параметр	Расчётная величина	Номинальная величина	Условие для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Ассиметричный ток, кА
Номинальный тепловой импульс, кА^2 с

 

Выбранный разъединитель типа РНДЗ-10/1000 удовлетворяет всем условиям.

Выбор предохранителей

Максимальный расчетный ток в цепи трансформатора с.н. I_p.max3, А, вычисляют по формуле

 

,                                         (24)

где S_н.тр.с. – номинальная мощность трансформатора с.н., кВ∙А.

 

 

     Выбирают предохранитель типа ПКТ–101–10 [17 с. 31]. Технические данные предохранителя типа ПКТ–101–10 представлены в таблице 13.

     Таблица 13 - Технические данные предохранителя типа ПКТ–101–10

 

Тип предохранителя	Uн, кВ	Iн, А	Iн.откл, кА
ПКТ–101–10	10	10	31,5

 

Условия для выбора и проверки предохранителя типа ПКТ–101–10 представлены в таблице 14.

        

Таблица 14 - Условия для выбора и проверки предохранителя типа ПКТ-101-10

 

Параметр	Расчётная величина	Номинальная величина	Условие для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ
Номинальный ток, А
Номинальный ток отключения, кА

 

Выбранный предохранитель ПКТ–101–10 удовлетворяет всем условиям.

 

Выбор токоведущих частей

Выбор шин

В закрытых РУ 10 кВ ошиновка выполняется жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках.

Выбор шин производят по допустимому току по условию

 

,                                               (25)

где  – допустимый ток на шины выбранного сечения, А.

 

.

 

Выбирают однополосную алюминиевую шину прямоугольного сечения с допустимым током I_доп = 1025 А [18 с.31]. Технические данные однополюсной алюминиевой шины представлены в таблице 15.

 

     Таблица 15 – Технические данные однополюсной алюминиевой шины

 

h, мм	b, мм	Iдоп, А	а, см	ℓ, м	q, мм^2
60	8	1025	0,6	2,5	480

 

На механическую прочность шину проверяют по условию

 

,                                            (26)

где  – допустимое механическое напряжение в материале шин, МПа; для алюминия марки АДО  _доп = 41-48 МПа [9, c.181, таблица 4.2].

 

Момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия W, см³, вычисляют по формуле

 

,                                                     (27)

 

 

 

Напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента, , МПа, вычисляют по формуле

 

,                            (28)

где ℓ – длина пролета между опорными изоляторами шинной                                              конструкции, м;

   а – расстояние между фазами, м.

 

Проверяют шину на механическую прочность

 

45 > .

 

Условие выполняется, значит шины механически прочны.

На термическую стойкость шину проверяют по условию

 

                                           (29)

где q – выбранное сечение шин, мм²;

   q_min – минимальное допустимое сечение, мм².

 

Минимальное допустимое сечение q_min, мм², вычисляют по формуле

 

,                                           (30)

где С_т - тепловой коэффициент, А∙с^1/2/мм²; для алюминия марки               АДО С_т  = 90 А∙с^1/2/мм²  [9, с. 141, таблица 3.16].

 

.

 

Проверяют шину на термическую стойкость

 

 

Условие выполняется, значит шины термически устойчивы.

 

Выбор изоляторов

Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах.

Выбор изоляторов производят по условию

 

                                                     (31)

 

.

 

Выбирают изолятор внутренней установки ИО-10-3,75 УЗ. Технические данные изолятора ИО-10-3,75 УЗ представлены в таблице 16.

 

      Таблица 16 – Технические данные изолятора ИО-10-3,75 УЗ

 

Тип изолятора	Uн, кВ	Fразр , H
ИО-10-3,75 УЗ	10	3750

 

Проверяют изолятор по допустимой нагрузке по условию

 

,                                                (32)

где F_доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, H;

   F_расч – расчётная сила, Н.

 

Расчетную силу F_расч, H, вычисляют по формуле

 

,                      (33)

где K_h – поправочный коэффициент на высоту шины; K_h = 1 [9, c. 186].

 

 

Допустимую нагрузку на головку изолятора F_доп, Н, вычисляют по формуле

 

,                                      (34)

где F_разр – разрушающая нагрузка на изгиб, H.

 

 

Проверяют изолятор по допустимой нагрузке

 

 

Условие выполняется, значит изолятор ИО-10-3,75 УЗ выбран верно.

Выбор типов релейной защиты

Газовая защита трансформатора Т-1 (Т-2).

Повреждения, возникающие внутри бака трансформатора сопровождаются электрической дугой или нагревом деталей, что приводит к разложению масла и изоляционных материалов и образованию летучих газов.

Будучи легче масла, газы поднимаются в расширитель, который является самой высокой частью трансформатора и имеет сообщение с атмосферой.

Газовая защита чувствительна ко всем видам внутренних повреждений, при которых наблюдается газовыделение или возникает переток масла из корпуса в расширитель, а также к понижению уровня масла. К внешним повреждениям защита нечувствительна. Газовая защита реагирует даже на начальный период повреждения: частичные разряды, витковые замыкания, пожар в стали, при которых не может действовать никакая другая защита.

Дифференциальная защита Т-1(Т-2).

ДифзащитаТ-1(Т-2) срабатывает при всех видах к.з. в обмотках трансформатора, на его выводах 110кВ и 10кВ, на ошиновке 10кВ и трансформаторах тока 10кВ, установленных в ячейке ВВ-10кВ трансформаторах. Защита включена на выносные трансформаторы тока 110кВ Т-1(Т-2) и трансформаторы тока, установленные во вводной ячейке выключателя ВВ-10кВ Т-1(Т-2).

Установка чувствительного комплекта обусловлена наличием на стороне 10кВ трансформатора токоограничивающих реакторов снижающих чувствительность основного (грубого) комплекта дифзащиты.

Резервные защиты Т-1(Т-2).

Максимально-токовая защита 110кВ. Защита от перегрузки. Низкий уровень масла. Перегрев масла. Защита от потери охлаждения. Направленная токовая защита нулевой последовательности. Максимальная токовая защита нулевой последовательности стороне 110кВ. Максимальная токовая направленная защита фаз в сторону Т-1(Т-2) и в сторону ВЛ-110кВ. Максимальная токовая направленная защита в сторону Т-1(Т-2). Максимальная токовая направленная защита в сторону сети 110кВ. Защита от перегрузки сторона 110кВ.

Кроме перечисленных устройств защиты на подстанциях предусмотрены: устройство автоматического включения резерва (АВР), выполненное на секционных выключателях, устройство автоматического повторного включения (АПВ), выполненное на ЛЭП, устройство автоматической частотной разгрузки (АЧР), действующее на отключение менее ответственных потребителей при снижении частоты питающего напряжения.