Выбор токоведущих частей и электрического оборудования подстанции.

 

Выбор аппаратуры и токоведущих частей основывается на сравнении рабочего напряжения и рабочего максимального тока с номинальными параметрами выбираемого аппарата, а для токоведущих частей – с допустимым током. Выбранные части и оборудование должны быть проверены на термическую и электродинамическую стойкость по режиму короткого замыкания.

 

4.1. Выбор и проверка токоведущих частей.

 

К токоведущим частям подстанции относятся сборные шины распределительных устройств, присоединения к ним, ошиновка, соединяющая электрические аппараты друг с другом, а также вводы и питающие линии.

Так как проектируемая подстанция с открытыми распределительным устройствам 35 кВ, то её сборные шины будут выполнены гибкими алюминиевыми проводами.

 

4.1.1. Выбор сборных шин

 

Сборные шины выбираются из условия:

I_доп ≥ I_р.макс

I_р.макс – максимальный рабочий ток на сборных шинах вторичного напряжения, А
I_доп – длительно допускаемый ток для токоведущей части, А (принимается ближайшее большее число). Значение I_доп берётся из таблицы 5.1 [2, стр.99].

I_доп = 330 А > I_р.макс1 = 317 А выбираются алюминиевые шины

Размер выбранных проводов составляют:
Сечение провода, S₁ = 95 мм²;
Диаметр провода, d₁ = 13,5 мм;

 

4.1.2. Проверка сборных шин на термическую стойкость.

 

При проверке на термическую стойкость выбирается необходимое сечение токоведущей части на расчётном участке цепи по режиму короткого замыкания при нагревании этого участка до максимально допустимой температуры. Условие проверки:

q_в ≥ q_min

 

q_в – выбранное сечение токоведущей части, мм²

q_в = 95 мм²

q_min – минимально допустимое сечение токоведущей части по режиму короткого замыкания, рассчитывается по формуле (4.1.2.1):

 

(4.1.2.1)

 

В_к – тепловой импульс тока короткого замыкания для расчётной точки подстанции, кА²·с; (см. таблицу 3)
С – коэффициент, учитывающий соотношение максимально допустимой температуры токоведущей части и температуры при номинальном режиме работы,

 

 

 

Следовательно, выбранные шины подходят по термической стойкости, так как:

q_в > q_min > 23,25 мм²

4.1.3. Проверка гибких шин на отсутствие коронирования.

 

Проверка токоведущих частей напряжением 35 кВ на отсутствие коронирования проводится по условию:

Е₀ ³ 1,07Е

Е₀ – максимальное значение начальной критической напряжённости электрического поля, при которой возникает коронный разряд, вычисляемый по формуле (4.1.3.1)

(4.1.3.1)

m – коэффициент, учитывающий не гладкость (шероховатость)поверхности провода принимаемый для многопроволочных проводов равным 0,82;

r_ПР – радиус провода, см, определяемый по таблице 4 [2, стр.36].

Е – напряжённость электрического поля около поверхности провода, находится по формуле (4.1.3.2), кВ/см:

 

(4.1.3.2)

U – линейное напряжение, кВ;

r_пр – радиус провода, определяемый по таблице 5.2 [2, стр.100], см;

Dср – среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см, которое определяется по формуле (4.1.3.3):

(4.1.3.3)

D – расстояние между соседними фазами сборных шин и ошиновки, равное при напряжении 35 кВ 150 см

Напряжённость электрического поля:

Разряд в виде короны будет отсутствовать, так как:

27,9 ³ 1,07*7,7 кВ/см

 

Следовательно, исходя из условия проверки проводов на отсутствие коронирования и термическую стойкость выбираются провода марки АС 95

 

 

4.2. Выбор и проверка изоляторов.

 

Так как в проектируемой подстанции имеются гибкие шины, то для их крепления используются подвесные изоляторы.

Подвесные изоляторы предназначены для крепления и изоляции проводов воздушных линий электропередачи, гибких шин открытых распределительных устройств подстанций, которые собираются в подвесные или натяжные гирлянды с определённым количеством изоляторов в зависимости от уровня напряжения. В настоящее время в качестве подвесных изоляторов рекомендуются изоляторы типа ПС (подвесной стеклянный) или ПФ (подвесной фарфоровый).

Для открытого распределительного устройства моей подстанции выбираю изоляторы типа ПС-70Д. (П-подвесной, С-стеклянный, 70-минимальное разрушающее усилие на изгиб, кН, Д-вариант конструкции изолятора).

Количество подвесных изоляторов в гирлянде 3 шт. (приведено в таблице 5 [2, стр.37])

Подвесные изоляторы на термическую и электродинамическую стойкость по режиму короткого замыкания и по разрушающей нагрузке не проверяются.

4.3. Выбор и проверка высоковольтных выключателей переменного тока.

 

При выборе высоковольтных выключателей переменного тока необходимо руководствоваться следующими условиями:

U_н ≥ U_р; I_н ≥I_р.макс

U_н и I_н – ближайшие большие напряжение и ток выбираемого высоковольтного выключателя;

U_р и I_{р. макс} – рабочее напряжение и максимальный рабочий ток цепи, в которой должен быть установлен выключатель.

Выбор типа высоковольтного выключателя осуществляется по таблице 5.17 [2, стр. 126], из которой следует, что для проектируемой подстанции подходит выключатель типа C-35М-630-10 У1(С – «Свердловск»; 35 кВ – номинальное напряжение;М-масляный; 630 А – номинальный ток; 10 А – номинальный ток отключения; У – умеренные климатические условия; 1 – открытая установка), а также выбранный выключатель имеет электромагнитный привод. Данный выключатель подходит для проектируемой подстанции, так как:

U_н ≥ U_р 35 = 35 кВ;

I_н ≥I_р.макс 630 > 317А.

 

Технические данные выключателя С-35М-630-10 У1:

Номинальное напряжение, U_н, кВ……………………………………………………………35

Наибольшее рабочее напряжение, U_{р. макс}, кВ..…………………………………………..40,5

Номинальный ток, I_н, А…..……………………………………………………………………630

Номинальный ток отключения, I_{н. откл}, кА…………………………………………….…..10

Эффективное значение периодической составляющей
предельного сквозного тока, I_{пр. с}, кА…..……………………………………………….…..26

Амплитудное значение периодической составляющей
предельного сквозного тока, i_{пр. с}, кА…………………………………………………….....10

Ток термической стойкости, I_Т, кА………………………………………………………...10

Время прохождения тока термической стойкости, t_Т, с………………………………..3

Собственное время отключения, с ……………………………………………………….0,05

Ток включения, I_вкл, А………………………………………………………………………….101

Тип привода………………………………………………………………………………ШПЭ-12

 

В дальнейшем выбор и проверку высоковольтных выключателей переменного тока на вводах РУ-35 кВ, на шинах районных потребителей 35 кВ, а также секционного выключателя можно свести в таблицу 4.

Таблица 4

Наименование присоединений	Тип выключателя	Соотношение паспортных и расчётных данных
Условия выбора	Условия проверки
Электродинамическая стойкость	Термическая стойкость
Ввод РУ-35 кВ	C-35М-630-10 У1	35	630 369,5	26 1,67	10 4,26	10 1,67	3031,08 107,04	10000 4,88
Секционный выключатель	35	630 369,5	26 1,67	10 4,26	50 10,15	2210 107,04	10000 4,88
Машиностроительный завод	35	630 76,1	26 1,67	10 4,26	50 10,15	2210 107,04	10000 4,88
Рудники	35	630 107,22	26 1,67	10 4,26	50 10,15	2210 107,04	10000 4,88

 

Для расчёта номинальной отключаемой мощности необходимо пользоваться формулой (4.3.1):

(4.3.1)

 

 

А расчёт теплового импульса тока короткого замыкания исходя из формулы (4.3.2):

(4.3.2)

 

4.4. Выбор и проверка разъединителей.

 

Разъединители на электрической подстанции предназначены для создания видимого разрыва цепей и могут быть оборудованы одним или двумя стационарными заземляющими ножами.

 

Условия выбора разъединителей:

~Конструкция разъединителя зависит от места его расположения (внутренняя или наружная установка, количество заземляющих ножей и их расположение)

~По номинальному напряжению U_н ≥ U_р

~По номинальному току I_н ≥ I_р.макс

Условия проверки разъединителей:

~По электродинамической стойкости i_{пр. c} ≥ i_у;

~По термической стойкости

 

Выбор типа разъединителя осуществляется по таблице 5.21 [2, стр. 136], из которой следует, что для проектируемой подстанции можно выбрать разъединитель типа РНД(З)-35/630 (Р – разъединитель; Н – наружной установки; Д – с двумя опорно-изоляционными колонками; З – с заземляющими ножами; 35 кВ – номинальное напряжение; 630 А – номинальный ток).

Для обеспечения более удобной и наглядной информации по выбору и проверке разъединителей все эти операции будут выполнены виде таблицы 5.

Таблица 5

Наименование присоединений	Тип разъединителя	Соотношение паспортных и расчётных данных
Ввод РУ-35 кВ	РНД(З)-35/630	35	630	64 6,4	1600 11
Секционный выключатель	35	630	64 6,4	1600 11
Хим. завод	35	630	64 6,4	1600 4,7
Рудники	35	630	64 6,4	1600 4,7

4.5. Выбор и проверка измерительных трансформаторов тока

 

Измерительные трансформаторы тока предназначены для подключения измерительных приборов, токовых цепей счётчиков активной и реактивной энергии, а также устройств релейной защиты.

 

Условия выбора трансформаторов тока:

~По номинальному напряжению U_н ≥ U_р;

~По номинальному току первичной обмотки I_1н I_р.макс

 

Технические данные, необходимые для выбора и проверки трансформаторов тока берутся из таблицы 5.25 [2, стр. 144], из которой следует, что для проектируемой подстанции подходит трансформатор тока типа ТФЗМ-35А (Т – трансформатор тока; Ф – в фарфоровом корпусе; З – с двумя звеньями цепи первичной и вторичной обмоток; М – модернизированный; 35 кВ – номинальное напряжение), так как выполняются условия:

U_н ≥ U_р 35 = 35 кВ

I_1н ≥I_р.макс 400 > 369,5 А

Технические данные трансформатора тока ТФЗМ-35А:

Номинальный первичный ток, I_1н, А…………………………………………15-600

Номинальный вторичный ток, I_2н, А………………………………………………. 5
Обозначение сердечника…………………………………………………….……...0,5

Номинальная вторичная нагрузка в классе точности, Ом:

0,5…………………………………………………………………………………….…1,2
1………………………………………………………………………………………....2,4
Предельная кратность при нагрузке 1,2 Ом(30 ВА)…….…………………... 14
Кратность односекундной термической стойкости, К_Т…………………...65
Кратность электродинамической стойкости, К_Д …………………………150

После выбора трансформатора тока и получения значений его технических данных выполняются следующие проверки:

~По электродинамической стойкости

~По термической стойкости

~По классу точности Z₂ ≤ Z_2н

Z₂– вторичная расчётная нагрузка, присоединённая к проверяемой обмотке, Ом;
Z_2н– номинальная нагрузка проверяемой обмотки трансформатора в заданном классе точности, Ом.

 

Проверка трансформатора тока по электродинамической стойкости показала, что:

 

 

Проверка на термическую стойкость даёт следующий результат:

Исходя из того, что выполняются условия электродинамической и термической стойкости следует, что выбранный трансформатор тока осталось проверить по классу точности.

Для проверки трансформатора тока по классу точности составляется расчётная схема, на которой указываются количество и способ подключения приборов, а также схема соединения измерительных трансформаторов тока. Проверка производится по одной наиболее загруженной фазе.

Расчётная схема трансформаторов тока при проверке по классу точности имеет следующий вид:

 

Для того, чтобы проверить выбранный трансформатор тока по классу точности необходимо знать Z₂, которое определяется формулой:

– сопротивление приборов, подключенных к вторичной обмотке, Ом;
– сопротивление соединительных проводов между трансформатором тока и приборами, Ом

– сопротивление контактов, принимаемое равным 0,1 Ом.

Значения сопротивлений токовой обмотки приборов берутся из таблицы 3.7 [1, стр. 111]. Наиболее загруженной является обмотка класса 0,5 трансформатора фазы А, к которой подключены: амперметр (Э-377), счётчик активной (САЗУ-И67Ом) и реактивной (СР4У-И673М) энергии. Таким образом:

Сопротивление проводов определяется рассчитывается исходя из длины провода, удельного сопротивления материала провода, площади поперечного сечения провода, а также способа соединения обмоток трансформатора тока. Оно рассчитывается по формуле:

– удельное сопротивление алюминия;

– длина соединительных проводов от трансформатора тока до приборов, при наружной установке РУ-35;

площадь поперечного сечения соединительных проводов.

Таким образом сопротивление проводов будет иметь следующее значение:

Зная все значения, необходимы для расчёта вторичной нагрузки, присоединённой к проверяемой обмотке можно определить Z₂:

Сопоставление полученного значения со значением номинальной нагрузки проверяемой обмотки приводит к следующему:

Z₂ ≤ Z_2н = 0,613 < 1,2 Ом

По полученным данным видно, что выбираемый трансформатор тока можно использовать для подключения счётчиков активной и реактивной энергии в классе точности 0,5.

Также следует отметить, что данный тип трансформатора тока будет установлен не только на вводах в РУ-35 и на сборных шинах подстанции, но и на линиях потребителей. Для сокращения расчётно-пояснительной записки все данные по выбору трансформаторов тока на линиях потребителей и шинах подстанции сводятся в таблицу 6.

Таблица 6

Наименование присоединений	Тип трансформатора тока	Соотношение паспортных и расчётных данных
Условия выбора	Условия проверки
Электродинамическая стойкость	Термическая стойкость
Ввод РУ-35 кВ	ТФЗМ-35А	35	400 369,5	84,85 4,26	380,25 4,88
Секционный выключатель	35	400 369,5	84,85 4,26	380,25 4,88
Машиностроительный завод	35	200 76,1	84,85 4,26	380,25 4,88
Рудники	35	200 107,22	84,85 4,26	380,25 4,88

 

4.6. Выбор и проверка измерительных трансформаторов напряжения.

 

Трансформаторы напряжения предназначены для снижения высокого напряжения до величины 100 или 100/ В для питания измерительных приборов, счётчиков активной и реактивной энергии, устройств релейной защиты. Трансформатор напряжения работает в режиме, близком к холостому ходу, так как большое сопротивление подключаемых приборов одновременно изолирует цепи высокого напряжения от цепей низкого напряжения. Трёхфазные трансформаторы применяют при напряжении 6(10) кВ, а однофазные при любых напряжениях.

 

Условия выбора и проверки измерительных трансформаторов
напряжения:

По номинальному напряжению U_1н ≥ U_р

По классу точности S_2н ≥ S_2расч

S_2н =2 S_н =2*150=300 ВА – номинальная мощность трансформатора в выбранном классе точности при использовании однофазных трансформаторов, соединённых в трёхфазную группу по схеме «разомкнутый треугольник», ВА.

По номинальному напряжению из таблицы 5.32 [2, стр. 158] для проектируемой подстанции подходит трансформатор типа НОМ-35-66 (Н – трансформатор напряжения; О – однофазный; М – масляный;
35 кВ – номинальное первичное напряжение; 66 – 1966 год выпуска), постольку поскольку:

U_1н ≥ U_р = 35 = 35 кВ

Технические данные трансформатора напряжения НОМ-35-66:

Номинальное первичное напряжение, кВ…………………………………………..35

Номинальное вторичное напряжение, В..………………………………………….100

Номинальная мощность в классе точности, ВА:

0,5…………………………………………………………………………………………..150

1…………………………………………………………………………………………….250

3…………………………………………………………………………………………….600

Предельная мощность, ВА…………………………………………………………...1200

Схема и группа соединения обмоток………………………………………………1/1-0

Следующий шаг при выборе трансформатора напряжения – проверка его на нагрузку вторичной цепи, для чего чертится расчётная схема. Все расчёты, а также количество и тип приборов, подключённых к выбираемому трансформатору сводятся в таблицу 6. Данные измерительных приборов и реле берутся из таблицы 3.4 [1, стр. 95]