И выключателей нагрузки

 

Параметры аппаратов	Условия выбора и проверки
Разъединители	Выключатели нагрузки
Номинальное напряжение, кВ	U ном ≥ U ном. у	U ном ≥ U ном. у
Номинальный ток, А	I ном ≥ I м	I ном ≥ I м
Предельный сквозной ток (амплитудное значение), кА	i пр.скв ≥ i у	i пр.скв ≥ i у
Ток термической стой- кости, кА; допустимое время его действия, с	I 2тер t тер ≥ B к	I 2тер t тер ≥ B к
Номинальный ток отключения, кА	–	I откл.ном ≥ I м

 

 

Cборные шины РУ 10(6) кВ выбираются согласно [19] по допустимому длительному току нагрузки (по условию нагрева), проверяются на электродинамическую и термическую стойкость при КЗ. Сборные шины не проверяются по экономической плотности тока.

Условие выбора сечения шин по нагреву

 

I _доп ≥ I _м,

 

где I _доп – допустимый длительный ток на шины выбранного сечения с учётом поправки при расположении шин плашмя [19, п. 1.3.23] или температуре воздуха, отличной от принятой в таблицах (25 ^º С).

В последнем случае допустимый ток определяется по формуле

I _доп = I _{доп.ном ,}

 

где I _{доп.ном} – допустимый ток на шины по таблицам [19] или справочной литературы при температуре воздуха 25 ^º С;

– действительная температура воздуха, ^º С.

При проверке однополосных прямоугольных шин, расположенных в одной плоскости, на электродинамическую стойкость наибольшая сила F ⁽³⁾, Н, воздействующая на шины и вызывающая их изгиб, определяется по формуле

 

где l – расстояние между опорными изоляторами (длина пролета шин), м;

а – расстояние между осями шин, м;

К _ф – коэффициент формы, учитывающий форму поперечного сечения и взаимное расположение проводников. Для прямоугольных шин К _ф = 1, так как расстояние между шинами значительно больше периметра сечения шины;

i _у – ударный ток трёхфазного КЗ, кА.

Шины проверяются на электродинамическую стойкость по условию

 

σ _доп ≥ σ _расч,

 

где σ _доп – допустимое механическое напряжение в материале шин, МПа. Согласно [22, табл. 4.2] для шин из алюминиевого сплава марки АД31Т σ _доп = 89 МПа, для алюминиевых шин марки А – 82 МПа.

σ _расч – расчётное наибольшее механическое напряжение в материале шин от изгиба, МПа; определяется по формуле

 

,

 

где W – момент сопротивления шины, см³, относительно оси, перпендикулярной к направлению изгибающей силы F ⁽³⁾.

Момент сопротивления зависит от формы и расположения шин. При рас- положении в одной плоскости и размещении однополосных прямоугольных шин на опорных изоляторах большей стороной h (плашмя) момент сопротивления равен

W = ;

 

при размещении однополосных шин на изоляторах меньшей стороной b (на ребро) момент сопротивления равен

 

W = ,

 

где b и h размеры поперечного сечения шины, см.

При проверке термической стойкости шин выбранного стандартного се- чения S, мм², должно быть выполнено условие

 

S ≥ S _тер.min = ,

 

где S _тер.min – минимально допустимое сечение шин по условию термической стойкости, мм²;

B _к – тепловой импульс тока КЗ, А^2. с;

C _т – коэффициент, зависящий от допустимой температуры нагрева при КЗ и материала шин. Значения коэффициента (функции) C _т, А ^. с^1/2/мм², для жёстких шин приведены в [22, табл. 3.16]. Для шин из алюминиевого сплава марки АД31Т при начальной температуре нагрева 70 º С он равен 82, для медных шин C _т = 170.

Жёсткие шины в распределительных устройствах крепятся на опорных изоляторах. Опорные изоляторы выбираются по номинальному напряжению и проверяются на механическую нагрузку при КЗ. Условие проверки

 

F _доп = 0, 6 F _разр ≥ F _расч,

 

где F _доп – допустимая нагрузка на головку изолятора, кН;

F _разр – минимальная разрушающая сила на изгиб данного типа изолятора, кН [16];

F _расч – расчётная сила, действующая на изолятор, кН.

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчётная сила, кН,

 

 

где i _у – ударный ток трёхфазного КЗ, кА.

Пример. Выбрать сечение прямоугольных шин в РУ 10 кВ и проверить их на электродинамическую и термическую стойкость к действию токов короткого замыкания, если расчётный ток нагрузки I _р = 1930 А, токи короткого замыкания: i _у= 51 кА, I _п0 = = 20 кА. Шины расположены в РУ горизонтально, на изоляторах установлены плашмя. Расстояние между опорными изоляторами l =1 м, расстояние между фазами а = 0, 35 м. Время отключения КЗ равно t _откл = t _р.з + t _откл.в. = 0, 45 + 0, 15 = 0, 6 с.

Р е ш е н и е

Выбираем в [19, табл. 1.3.31] по расчётному току алюминиевые прямоугольные однополосные шины размером 120 x 10 мм, сечением S = 1200 мм²_, с допустимым током I _доп = 2070 А.

Проверяем шины на электродинамическую стойкость к действию токов КЗ. Рас- чётная сила, воздействующая на шины при трёхфазном КЗ, равна

 

Н.

 

 

Определяем механическое напряжение в шинах

 

МПа

 

 

где = = 24 см³.

Так как σ _доп = 82 МПа [22, табл. 4.2] больше σ _расч = 5, 4 МПа, то шины электродинамически устойчивы.

Определяем минимально допустимое сечение шин по условию термической стойко- сти

мм².

Так как выбранное сечение шин S = 1200 мм² больше S _тер.min = 190 мм², то шины термически стойки.

По номинальному напряжению на шинах РУ выбираем опорные изоляторы типа ИО-10-3, 75УЗ [16, с. 282] с F _разр = 3, 75 кН. Проверяем их на механическую нагрузку при КЗ по условию F _доп = 0, 6 F _разр ≥ F _расч

 

F _доп = 0, 6 F _разр = 0, 6 ^. 3, 75 = 2, 25 ≥ F _расч = 1, 286 кН. Условие выполняется.

 

Кабели выбираются по напряжению, конструкции, экономической плот- ности тока и допустимому току, проверяются на термическую стойкость по условию

,

где S _тер.min – минимально допустимое сечение кабеля по условию термической стойкости, мм²;

B _к – тепловой импульс тока КЗ, А^2. с;

C _т – коэффициент, зависящий от допустимой температуры нагрева кабеля при КЗ и материала жил. Значения коэффициента (функции) C _т, А ^. с^1/2/мм², приведены в [22, табл. 3.17]. Для кабелей напряжением 10(6) кВ с алюминиевыми жилами C _т = 90.

Пример. Выбранный по расчётному току кабель марки ААБ-3x35-10 проверить по термической стойкости к токам короткого замыкания при I _п0 = I_∞ = 6, 5 кА и времени отключения КЗ, равному t _откл = t _р.з + t _откл.в. = 0, 45 + 0, 15 = 0, 6 с.

Р е ш е н и е

Определяем минимально допустимое сечение кабеля по условию термической стойкости, пренебрегая постоянной времени апериодической составляющей тока КЗ

 

мм².

 

Выбранный кабель сечением 35 мм² не удовлетворяет условию термической стойкости. Принимаем время действия релейной защиты 0, 3 с. Тогда S _тер.min = 6500 /90 = 48 мм². Кабель сечением 50 мм² является термически стойким.

Трансформаторы тока выбираются по: номинальному напряжению, номинальному первичному току, конструктивному выполнению и классу точности; проверяются на электродинамическую стойкость, термическую стойкость и вторичную нагрузку.

Класс точности трансформатора тока определяется в зависимости от класса точности измерительных приборов, с которыми он должен работать.

Условие проверки на электродинамическую стойкость:

k _дин I _1ном ≥ i _у или i _дин ≥ i _у,

где k _дин – кратность тока электродинамической стойкости трансформатора тока; приводится в каталогах и справочниках [16], [35] и др.;

I _1ном – номинальный первичный ток трансформатора тока, кА;

i _у – ударный ток трёхфазного КЗ по расчёту, кА;

i _дин – ток электродинамической стойкости трансформатора тока, кА; приводится в каталогах и справочниках.

Условие проверки на термическую стойкость

 

(k _т I _1ном)² t _тер ≥ B _к или I ²_тер t _тер ≥ B _к,

 

где k _т – кратность тока термической стойкости трансформатора тока; приводится в каталогах и справочниках [16], [35] и др.;

t _тер – допустимое время термической стойкости трансформатора тока, с; приводится в каталогах и справочниках;

B _к – тепловой импульс тока КЗ, кА^2. с, по расчёту;

I _тер – ток термической стойкости, кА; даётся в каталогах и справочниках.

Так как класс точности трансформатора тока зависит от величины его нагрузки, то необходимо сравнить вторичную нагрузку Z ₂ и номинальную допустимую нагрузку Z _2ном трансформатора тока в выбранном классе точности. Выбираемый трансформатор тока будет работать в заданном классе точности, если соблюдается условие Z ₂ ≤ Z _2ном.

Индуктивное сопротивление токовых цепей невелико, поэтому Z ₂ ≈ r ₂. Вторичная нагрузка состоит из сопротивлений последовательно включённых приборов, соединительных проводов и переходного сопротивления контактов

r ₂ = r _приб + r _пров + r _к.

 

Сопротивление приборов определяется по выражению

 

r _приб = S _приб / I ²_2ном,

 

где S _приб – суммарная мощность, потребляемая приборами, В ^. А; I _2ном – номинальный ток вторичной обмотки трансформатора тока (I _2ном = 5 А).

Сопротивление контактов принимается 0, 05 Ом при двух–трёх приборах и 0, 1 Ом при большем числе приборов. Сопротивление, Ом, соединительных проводов определяется исходя из обеспечения условия r ₂ ≤ Z _2ном по следующему выражению

r _пров = Z _2ном – r _приб – r _к.

 

По найденному сопротивлению проводов определяется их сечение, мм²

 

S _пров = ρ l _расч / r _пров,

 

где ρ – удельное сопротивление материала провода, Ом^.мм²/м (для медных проводов ρ = 0, 0175, для алюминиевых проводов ρ = 0, 0283);

l _расч – расчётная длина, м, соединительных проводов, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока: при одном трансформаторе тока l _расч = 2 l, где l – длина одного провода между трансформатором тока и измерительным прибором; при двух трансформаторах тока, соединённых по схеме неполной звезды, l _расч = l; при трёх трансформаторах тока, соединённых в звезду, l _расч = l. Длину соединительного провода от трансформатора тока до прибора (в один конец) можно приблизительно принять по [22, с. 301].

Пример. Выбрать трансформатор тока и проверить на действие токов КЗ, если расчётный ток I _м = 350 А, напряжение U _{ном. уст}= 10 кВ, токи короткого замыкания: I _п0 = 10 кА, i _y = 18 кА, время отключения КЗ t _откл = 2, 2 с.

Р е ш е н и е

Выбираем трансформатор тока ТПЛ-10 [16, с 294]. Сравнительная таблица расчётных и номинальных данных выбранного трансформатора тока приведена ниже.

 

Таблица 3.3