Выбор основного электрооборудования и токоведущих частей

Расчет токов продолжительного режима

       Продолжительный режим работы электротехнического устройства – это режим, продолжающийся без перерыва, с рабочим периодом, равным времени достижения установившейся температуры устройства при постоянной температуре охлаждающей среды.

       Цепь трехобмоточного трансформатора на подстанции. На стороне ВН, СН, НН токи нагрузки находят по следующим формулам:

                                                      , А                                            (7.1.1)

                                                      , А                                             (7.1.2)

       На стороне ВН:

       На стороне CН:

       На стороне НН:

       На отходящих фидерах СН:

       На отходящих фидерах НН:

где  – количество отходящих линий (дается в исходных данных).

Таблица 7.1. Расчетные токи продолжительного режима в А

Место расчетных токов	Наиб. ток норм. режима, , А	Наиб. ток рем./ пик. режима, , А
ВН	65,61	91,85
СН	206,18	258,18
НН	721,69	1010,36
Фидер СН	45,82	64,15
Фидер НН	160,37	190,52

 

Выбор шин распределительных устройств и силовых кабелей.

Выбор жестких шин

       В закрытых РУ 6-10 кВ ошинковка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Мед используется редко, только при обоснованных случаях технико-экономического характера. При токах  на стороне НН до 3000 А, применяются одно- и двухполосные шины [4]. Значение экономической плотности тока определяет сечение шин:

                                                                                              (7.2.1)

где  – экономическая плотность тока, мм²,  – нормированная плотность тока,  А/мм² для  ч.

       Выбираем однополосные алюминиевые шины прямоугольного сечения 80 10 мм [4].

       Проверка шин по допустимому току на шины выбранного сечения.

       Проверка шин на термическую стойкость.

       По таблице 6.1  на месте К3, тогда тепловой импульс тока КЗ равен:

                                                                               (7.2.2)

Где  – тепловой импульс тока, кА²с,  – постоянная времени затухания; на стороне НН можно принять равным 0,04 с [4].

       Минимальное сечение по условию термической стойкости равно:

                                                                                          (7.2.3)

 

где  – постоянная для алюминиевых шин, значения даны в [4]. Найденное  меньше выбранного сечения 80 10 мм.

       Проверка шин на механическую прочность

       По таблице 6.1 ударный ток . Наибольшее удельное усилие при трехфазном КЗ  равно:

                                                      , Н                                    (7.2.4)

где  – расстояние между соседними фазами.

       Осевой момент сопротивления шины прямоугольного сечения, расположенной на ребро относительно оси перпендикулярной действию усилия:

                                                                                                              (7.2.5)

где  – осевой момент сопротивления прямоугольной шины, м³,  – высота однополосной шины прямоугольного сечения,  = 10 мм;  – ширина однополосной шины прямоугольного сечения,  мм.

       Напряжение в материале однополосной шины прямоугольного сечения, возникающее при воздействии изгибающего момента :

                                                      , Па                        (7.2.6)

Где  – изгибающий момент, Па,  – длина пролета между опорными изоляторами вдоль шинной конструкции.

Из этого следует, что шины проходят проверку по механической прочности.

       На стороне ВН выбираем трубчатые шины по  [8]. Материал – алюминий. Параметры: сечение - 20*10 мм,  = 16 мм,  = 13 мм,  = 295 А.

       Проверка шин по допустимому току на шины выбранного сечения.

       Проверка шин по термическую стойкость.

       По таблице 6.1  на месте К3, тогда тепловой импульс тока КЗ равен:

где на стороне ВН можно принять равным 0,02 с [4].

       Минимальное сечение по условию термической стойкости равно:

       Проверка шин на механическую прочность

       По таблице 6.1 ударный ток

       Момент сопротивления трубчатой шины расположенной на ребро относительно оси перпендикулярной действию, усилия W:

       Напряжение в материале однополосной шины прямоугольного сечения, возникающее при воздействии изгибающего момента :

Из этого следует, что шины проходят проверку по механической прочности. Результаты расчетов сведены в таблицу 7.2.

 

Выбор гибких шин

       В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами марки АС. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм²), так как это уменьшает число проводов и стоимость токопровода. Гибкие провода применяются для соединения блочных трансформаторов с ОРУ [4].

Выбор гибких шин ВН

       Cборные шины не выбираются по экономической плотности тока, тогда принимаем сечение по допустимому току при макс. нагрузке.

       По данным таблицы 7.1 наибольший ток нормального режима  А.

       Принимаем провод АС-70/11, сечение  = 70 мм², диаметр d = 11 мм, допустимая токовая нагрузка  А [4].

       Проверка гибких шин ВН на нагрев по допустимому току.

       Проверка на термическую стойкость не производится ввиду того, что. шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

       Проверка гибких шин электродинамическую стойкость не производится, по причине больших расстояний между фазами и незначительных сил взаимодействия.

       Проверка на коронирование. Выбранное сечение удовлетворяет условиям коронирования.

Выбор гибких шин СН

       По данным таблицы 7.1 наибольший ток нормального режима  А.

       Принимаем провод АС-150/19, сечение  = 150 мм², диаметр  = 16,8 мм, допустимая токовая нагрузка  А [4].

       Проверка гибких шин СН на нагрев по допустимому току.

       Проверка на термическую стойкость не производится, ввиду того, что шины выполнены голыми проводами на открытом воздухе.

       Проверка гибких шин электродинамическую стойкость не производится, по причине больших расстояний между фазами и незначительных сил взаимодействия.

       Проверка шин на коронирование производятся по условию:

                                                                                                  (7.2.7)

где  – макс. значение эл. поля возле поверхности нерасщепленного провода, кВ/см;  – напряженность электрического поля возле поверхности нерасщепленного провода, кВ/см.

 

                                                                            (7.2.8)

где  – коэффициент шероховатости провода (  для проводов со многими проволоками).

                                                                                                     (7.2.9)

где  – линейное напряжение, кВ;  – радиус провода, см;  – расстояние между проводами, см:

где  – расстояние между фазами для 35 кВ,  = 1,5 м.

       Выбранное сечение удовлетворяет условиям коронирования. Результаты расчетов по выбору гибких шин на стороне ВН сведем в таблицу 7.2.

 

Выбор кабелей на фидерах

       Кабели нашли широкое применение в электроустановках. Кабельным линии, по которым получают питание потребители 6-10 кВ, сначала прокладываются в кабельных туннелях в распределительном устройстве, а после в земле (в траншеях). Присоединение потребителей собственных нужд подстанций к соответствующим шинам также происходит с применением кабелей 6 и 0,4 кВ. Эти кабели прокладываются в кабельных туннелях, кабельных полуэтажах, на металлических лотках, которые укреплены на стенах и конструкциях здания или открытого распределительного устройства [4].

Выбор кабелей на отходящих фидерах НН

       По данным таблицы 7.1 наибольший ток нормального режима  А.

       Принимаем кабель ААШв,  = 10 кВ [8].

       Расчет экономического сечения :

где  – экономическая плотность тока, .

       Принимаем трехжильный кабель 3 95 мм², сечение  = 95 мм², допустимая токовая нагрузка  А [8].

       Проверка кабелей на отходящих фидерах НН на нагрев по допустимому току.

       Проверка кабелей по термической стойкости. Определяем тепловой импульс  тока:

       Минимальное сечение по условию термической стойкости :

где  – постоянная для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами.  А*с^1/2/мм².

Выбор кабелей на отходящих фидерах СН.

       По данным таблицы 7.1 наибольший ток нормального режима  А.

       Принимаем ВЛ,  = 35 кВ [8].

       Расчет экономического сечения :

где  – экономическая плотность тока, .

       Принимаем кабель АС 35/6,2, сечение  = 35 мм², допустимая токовая нагрузка  А [8].

       Проверка кабелей на отходящих фидерах СН на нагрев по допустимому току.

Выбор вводных шин НН.

       Выбор производится по , принимаем АС-70/86, диаметр  = 36,2 мм, допустимая токовая нагрузка  А.

Выбор вводных шин СН.

       Выбор производится по , принимаем АС-70/11, диаметр  = 11,4 мм, допустимая токовая нагрузка  А.

Результаты расчетов по выбору кабелей на отходящих фидерах сведем в таблицу 7.2.

Таблица 7.2. Расчеты сборных шин, токопроводов и кабелей

Установка	Марка токопровода	Сечение, мм2	Расчетный ток, А	Допустимый ток, А
Сборные шины	-	800	1010,36	1480
Трубч. шины	-	200	81,85	295
ВН	АС-70/11	70	65,61	265
СН	АС-150/19	150	206,18	450
Фидера СН	АС-35/6,2	35	45,82	175
Фидера НН	ААШв	95	190,52	205

 

Выбор изоляторов

       В РУ используются следующие виды изоляторов: опорные, проходные, подвесные.

Выбор опорных изоляторов

       Опорные изоляторы на напряжение предназначены для изоляции и крепления токоведущих частей в электрических аппаратах и распределительных устройствах.

       Выбираем на стороне НН из [19] опорно-стержневые изоляторы внутренней установки ИОС-10-8 УХЛ1 со следующими характеристиками:

Таблица 7.3. Технические характеристики изолятора ИОС-10-8 УХЛ1

Номинальное напряжение, кВ	10
Минимальная механическая разрушающая сила на изгиб, кН	8
Минимальная механическая разрушающая сила при растяжении, кН	10
Минимальная механическая разрушающая сила при сжатии, кН	50
Длина пути утечки, см, не менее	30
Высота изолятора, мм	120

       Проверка опорных изоляторов по допустимой нагрузке.

       Максимальная сила, действующая на изгиб , при горизонтальном/вертикальном расположении изоляторов всех фаз (по формуле 35):

       Поправка на высоту жестких шин, расположенных на ребро:

                                                                                                           (7.3.1)

где  - поправочный коэффициент на высоту шины;  – ширина шины прямоугольного сечения;  - высота шины прямоугольного сечения.

       Разрушающая нагрузка на изгиб:

                                                      , Н                                               (7.3.2)

 

       Допустимая нагрузка на изгиб:

                                                                                         (7.3.3)

       Выбираем на стороне ВН из [20] опорные изоляторы внешней установки на напряжение  кВ С6-950-II-М УХЛ1 со следующими характеристиками:

Таблица 7.4. Технические характеристики изолятора С6-950-II-M УХЛ1

Номинальное напряжение, кВ	220
Минимальная механическая разрушающая сила на изгиб, кН	6
Испытательное напряжение полного грозового импульса, кВ	950
Длина пути утечки, см, не менее	570
Высота изолятора, мм	2100

       Проверка опорных изоляторов по допустимой нагрузке.

       Максимальная сила, действующая на изгиб , при горизонтальном/вертикальном расположении изоляторов всех фаз:

       Поправка на высоту жестких шин, расположенных на ребро:

       Разрушающая нагрузка на изгиб:

       Допустимая нагрузка на изгиб:

       Результаты расчетов опорных изоляторов на сборных шинах сведем в таблицу 7.3.

Выбор проходных изоляторов

       Проходные изоляторы применяются при переходе токопроводов через стены или для ввода напряжения внутрь металлических электрических аппаратов и устройств.

Выбор проходных изоляторов НН.

       Выбираем из [19] по  А, проходные керамические изоляторы на напряжение  кВ ИП-10/1600-7,5 УХЛ2 со следующими характеристиками:

Таблица 7.5. Технические характеристики изолятора ИП-10/1600-3000 УХЛ2

Номинальное напряжение, кВ	10
Минимальная механическая разрушающая сила на изгиб, кН	7,5
Номинальный ток, А	1600
Испытательное напряжение грозового импульса, кВ	80
Длина пути утечки, см, не менее	30
Высота изолятора, мм	520

 

       Проверка опорных изоляторов по допустимой нагрузке.

       Максимальная сила, действующая на изгиб :

Допустимая нагрузка на изгиб:

Выбор подвесных изоляторов

Выбор подвесных изоляторов ВН.

       Принимаем изоляторы типа ПС-11, 8 штук в гирлянде.

Выбор подвесных изоляторов СН.

       Принимаем изоляторы типа ПС-11, 4 штук в гирлянде.

Таблица 7.6. Результаты расчетов сборных шин токопроводов и кабелей

Изолятор	Установка	Тип	, мм	, Н	, Н
Опорный	НН	ИОС-10-8 УХЛ1	120	986,68	2400
	ВН	С6-950-II-М УХЛ1	2100	105,36	2250
Проходной	НН	ИП-10/1600-7,5 УХЛ2	520	684,85	18000
Подвесной	ВН	ПС-11	-	-	-

 

Выбор выключателей

       Выключатели предназначены для отключения и включения цепей в нормальных и аварийных режимах. Они должны обеспечить отключение токов КЗ и включение на существующие КЗ. Выключатель должен обладать достаточной отключающей способностью, малым временем отключения, допускать операции АПВ, допускать возможно большее число отключений без ревизии и ремонта. Кроме того, выключатели характеризуются динамической и термической стойкостью при протекании токов КЗ [4].

Выбор высоковольтных выключателей на стороне ВН

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1.

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1.

       Из [9] берем выключатель элегазовый ВГТ-220-20/3150 ХЛ1 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  А, ном. ток откл.  кА, наиб. напряжение  кВ,  кА,  с, ток термической стойкости  кА, время протекания ,  с.

Таблица 7.7. Данные по выбору выключателей на стороне ВН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога
	7,37 кА	56,98 кА

Выбор высоковольтных выключателей на стороне СН

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1.

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1.

       Из [9] берем выключатель элегазовый ВГТ-35II-50/3150 ХЛ1 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  А, ном. ток откл.  кА, наиб. напряжение  кВ,  кА,  с, ток термической стойкости  кА, время протекания ,  с.

Таблица 7.8. Данные по выбору выключателей на стороне СН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога
	8,68 кА	72,19 кА

Выбор высоковольтных выключателей на фидерах СН.

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1

       Из [10] берем выключатель элегазовый ВБЭТ-35III-25/630 УХЛ1 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  А, ном. ток откл.  кА, наиб. напряжение  кВ,  кА, время откл.  с, ток термической стойкости  кА, время протекания ,  с.

Таблица 7.9. Данные по выбору выключателей на фидерах СН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога
	8,68 кА	36,94 кА

Выбор высоковольтных выключателей на стороне НН.

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1

       Из [10] берем выключатель элегазовый ВБЭ-10-31,5/1600 УХЛ2 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  кА, ном. ток откл.  кА, наиб. напряжение  кВ,  кА, время отключения  с, ток термической стойкости  кА, время протекания ,  с.

Таблица 7.10. Данные по выбору выключателей стороне НН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога
	20,42 кА	39,3 кА

Выбор высоковольтных выключателей на фидерах НН.

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1

       Из [10] берем выключатель элегазовый ВБ-10-20/630 У2 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  А, ном. ток откл.  кА, наиб. напряжение  кВ,  кА, время откл.  с, ток термической стойкости  кА, время протекания ,  с.

Таблица 7.11. Данные по выбору выключателей на фидерах НН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога
	20,42 кА	21,68 кА

 

Выбор разъединителей

       Разъединитель — это коммутационный аппарат, предназначенный для коммутации цепи без тока. Основное назначение разъединителя — создание надежного видимого разрыва цепи для обеспечения безопасного проведения ремонтных работ на оборудовании и токоведущих частях электроустановки [4].

Выбор разъединителей наружной установки на стороне ВН.

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1

       Из [11] берем разъединитель РДЗ-1-220/1000 УХЛ1 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  А, предельный сквозной ток  кА, ток термической стойкости  кА, время протекания термической стойкости: для главных ножей 3с; для заземляющих ножей 1с.

Таблица 7.12. Данные по выбору разъединителей наружной установки на стороне ВН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога

Выбор разъединителей наружной установки на стороне СН.

       Данные по расчетным токам продолжительного режима берем из таблицы 7.1

       Данные по расчетным токам КЗ берем из таблицы 6.1

       Из [12] берем разъединитель РДЗ-35Б/1000 НУХЛ1 со следующими параметрами: ном. напряжение  кВ, ном. ток  А, предельный сквозной ток  кА, ток термической стойкости  кА, время протекания термической стойкости: для главных ножей 3с; для заземляющих ножей 1с.

Таблица 7.13. Данные по выбору разъединителей наружной установки на стороне СН

Выборные условия	Данные расчетов	Данные каталога

 

Выбор трансформаторов тока

       Трансформатор тока (ТТ) предназначен для понижения первичного тока до стандартной величины 1А или 5А и для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения [13].

Выбор измерительных ТТ наружной установки на стороне ВН.

       Данны