Проектирование электрических сетей

95 240,15

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОДСТАНЦИИ 110/10 кВ П25

2.1 Схема подстанции

Подстанция 110/10 кВ с диспетчерским названием П25 выполнена по заданию электрических сетей энергорайона "В".

В выбранном варианте развития электрической сети энергорайона предусмотрена установка двух трансформаторов типа ТДН-10000/110 мощностью 10000 КВ А каждый.

В соответствии со схемой развития энергосистемы подстанция 110/10 кВ П25 подключается к энергосистеме одной двухцепной ВЛ 110 кВ П8-П25.

Для обеспечения надежного питания присоединенных потребителей и транзита мощности через подстанцию в нормальном и послеаварийном режимах, а так же для обеспечения средствами автоматики восстановления питания потребителей в послеаварийной ситуации без вмешательства персонала на подстанции П25 запроектировано строительство ОРУ 110 кВ по схеме мостика с выключателем в перемычке и выключателями в цепях трансформаторов. На напряжении 10 кВ - схема "одна одиночная секционированная выключателем система шин".

Оперативный ток на ПС - постоянный, напряжение 110В.

Для выбора аппаратуры на проектируемой подстанции необходимо произвести расчет токов короткого замыкания.

2.2 Расчет токов КЗ

2.2.1 Общие сведения

Коротким замыканием (КЗ) называют замыкание между фазами, а в сетях с заземленной нейтралью также замыкания одной или нескольких фаз на землю или на нулевой провод. В сетях с изолированной нейтралью замыкания одной из фаз называется простым замыканием. При этом виде повреждения ток в месте замыкания обусловлен главным образом емкостью фаз относительно земли и обычно не превышает 100 А.

Короткое замыкание сопровождается снижением напряжения в системе. Особенно низкое напряжение получается вблизи места короткого замыкания.

Различают металлические и дуговые КЗ. Если переходное сопротивление в месте КЗ мало, то имеет место металлическое КЗ; в противном случае говорят о дуговом КЗ. При напряжении выше 1кВ электрическая дуга практически не влияет на величину тока КЗ, а при напряжении до 1кВ дуга существенно ограничивает ток КЗ. Падение напряжения на дуге напряжением до 1кВ находится в пределах 50-200В. В трехфазной системе с изолированной нейтралью могут быть трехфазные, двухфазные КЗ и двойные замыкания на землю. Двойным называется замыкание на землю разных фаз в различных точках сети. В сетях напряжением до 1кВ с глухозаземлённой нейтралью могут быть трехфазные, двухфазные, двухфазные на землю и однофазных КЗ. Трехфазное КЗ называют симметричным, так как сопротивление во всех фазах одинаковы. Остальные виды КЗ называют несимметричными. При симметричном КЗ в токах содержатся только составляющие прямой последовательности. При остальных видах КЗ в токах содержатся составляющие не только прямой, но и обратной последовательности. Соединение фазы с землей при заземленной нейтрали вызывает появление токов обратной и нулевой последовательностей.

Многолетняя аварийная статистика разных стран показывает, что в сетях с заземленными нейтралями наиболее частыми (65% от общего числа КЗ) являются однофазные. Наиболее редкими (5%) являются трехфазными КЗ. Однако при трехфазных КЗ ток короткого замыкания наиболее велик и создает наибольшие отрицательные последствия. Поэтому все расчеты ведут прежде всего по току трехфазного КЗ. Следует отметить также, что часто в процессе развития аварии первоначального вид КЗ переходит в другой вид.

Переход одного вида КЗ в другой чаще всего объясняется действием электрической дуги.

Причины возникновения КЗ разнообразны. В сетях напряжением 6-35 кВ первоначальными причинами часто являются нарушения изоляции оборудования, вызванные её старением, перенапряжением, низкой культурой эксплуатации, механическими повреждениями (например, повреждение кабеля при выполнении земляных работ, падении деревьев и др.). Имеют место случаи возникновения КЗ из-за прикосновения к токоведущим частям людей, животных, птиц и др. В сетях напряжением до 1кВ в последние годы часты случаи КЗ на воздушных линиях из-за набросов проводниковых материалов на проводах с целью хищения последних. Возникающий при этом ток КЗ отключается предохранителями, т.е. с проводов снимается напряжение, и снятие проводов становится безопасным.

Расчет токов короткого замыкания производится для:

1. Сопоставления и выбора наиболее рационального варианта построения схемы электроснабжения.

2. Определения условий работы потребителей при аварийных режимах.

3. Выбора электрических аппаратов, шин, изоляторов, силовых кабелей и др.

4. Выбора средств ограничения токов короткого замыкания.

5. Определения влияния линий электропередач на линии проводной связи.

6. Проектирования и настройки устройств релейной защиты и автоматики.

7. Проектирования защитного заземления.

8. Подбора характеристик разрядников для защиты от перенапряжений.

9. Анализа происходящих аварий.

В современных электрических системах полный расчет токов короткого замыкания и учёт всех действительных условий очень сложен и практически невозможен. С другой стороны, требуемая точность расчёта зависит от его назначения. Например, для выбора электрических аппаратов достаточно приближённого определения токов короткого замыкания, так как интервалы между значениями параметров, характеризующих различные типы аппаратов, велики.

2.2.2 Расчёт токов КЗ на шинах высокого напряжения подстанции П25

Для расчета токов короткого замыкания использовалась программа расчета нормальных и аварийных режимов с множественной продольно-поперечной несимметрией в электрической сети энергосистем с учетом нагрузки «RTKZ 2.03». В имеющийся расчётный файл всей энергосистемы рассматриваемого энергорайона были добавлены новые проектируемые элементы, параметры которых были определены в предыдущем разделе. Исключение составят сопротивления нулевой последовательности проектируемых линий, которые для одноцепных линий с заземлённым стальным тросом определяются по следующей формуле:

х_0л = 3 · х_1л , (2.1)

где х_1л - сопротивление прямой последовательности линии (см. первый раздел).

Для ЛЭП П8-П25:

х_0л = 3 · 5,6 = 16,8 Ом;

Распечатка результатов расчётов токов КЗ в точке К1, находящейся в узле 2501 приведена в приложении Д1.

Как видно из результатов расчётов, ток трёхфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, следовательно, в дальнейших расчётах будем использовать только ток трёхфазного КЗ.

Сверхпереходной ток трёхфазного КЗ в точке К1 равен:

I'' = 4,764 кА.

Эквиваленные сопротивления системы для точки К1:

х_Ук1 = 15,3 Ом; r_Ук1 = 4,5 Ом.

Ударный ток КЗ определяется по следующей формуле:

i_у = 2 · к_у · I'', (2.2)

где к_y - ударный коэффициент, определяется по следующей формуле:

к_у = 1 + е ^-0,01/Ta, (2.3)

где T_a - постоянная времени затухания апериодического тока, определяется по следующей формуле:

T_a = х_{Ук1 / ( 314 ·} r_{Ук1 )} (2.4)

Апериодическая составляющая тока КЗ в момент времени ф определяется по следующей формуле:

i_аф = л_ф 2 · I'', (2.5)

где л_ф - коэффициент затухания апериодической составляющей тока КЗ, определяется по следующей формуле:

л_ф = e ^{- ф / Ta} , (2.6)

ф - момент времени расхождения контактов выключателя, определяемый по следующей формуле:

ф = t_{рз min} + t_св , (2-7)

где t_{рз min} - минимальное время действия РЗ, принятое равным 0,01 с. [4];

t_ce - собственное время отключения выключателя.

Действующее значение периодической составляющей тока КЗ определяется по формуле:

I_nt = г_t · I'', (2.8)

где г_t - коэффициент затухания периодической составляющей тока КЗ, определяемый по типовым кривым [4].

Для определения г_t необходимо знать расчётное сопротивление, которое определяется по формуле:

x_расч = х_Ук1 · S_нУ / U ²_ср.н , (2.9)

где S_нУ - сумма номинальных мощностей всех генераторов, питающих точку КЗ;

U _ср.н - среднее номинальное напряжение ступени КЗ.

Максимальное время существования КЗ определяется по формуле:

t_откл = t_{рз max} + t_ов , (2.10)

где t_{рз max} - максимальное время действия РЗ, принятое равным 0,1 с. [4];

t_ов - полное время отключения выключателя.

Определим ударный ток КЗ по (2.2)

T_a = 15,2969 / ( 314 · 4,53241 ) = 0,01075_,

к_у = 1 + е ^{-0,01/0,01075} = 1,39446,

i_у = 2 · 1,39446 · 4,764 = 9,3949 .

Определим апериодическую составляющую тока КЗ в момент времени ф по (2.5):

ф = 0,01+ 0,05 = 0,06с,

л_ф = e - ^{0,06 / 0,01075} = 0,003767 ,

i_аф = 0,003767 2 · 4,764 = 25,3815,

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени ф по (2.8):

x_расч = 15,2969 · 1 250 / 115² = 4,09 ,

I_nt = 1 · 4,764 = 4,764 кА.

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t_откл по (2.8):

t_откл = 0,1 + 0,07 = 0,17c,

I_nt = 1 · 4,764 = 4,764 кА.

2.2.3 Расчет токов КЗ на шинах низкого напряжения подстанции П25

Для расчета токов короткого замыкания использовалась программа расчета нормальных и аварийных режимов с множественной продольно-поперечной несимметрией в электрической сети энергосистем с учетом нагрузки «RTKZ 2.03». В имеющийся расчётный файл всей энергосистемы рассматриваемого энергорайона были добавлены новые проектируемые элементы, параметры которых были определены в предыдущем разделе.

Распечатка результатов расчётов токов КЗ в точке К2, находящейся на шине 10 кВ, в узле 2501 приведена в приложении Д2.

Как видно из результатов расчётов, ток трёхфазного КЗ больше тока однофазного КЗ, следовательно, в дальнейших расчётах будем использовать только ток трёхфазного КЗ.

Сверхпереходной ток трёхфазного КЗ в точке К2 равен:

I'' = 8,162 кА.

Эквивалентные сопротивления системы для точки К2:

х_Ук1 = 0,78 Ом; r_Ук1 = 0,08 Ом.

Определим ударный ток КЗ по (2.2):

Ta = 0,783963 / ( 314 · 0,0811 ) = 0,0308,

к_у = 1 + е ^-0,01/0,0308 = 1,7228,

i_у = 2 · 1,7228 · 8,162 = 19,8855.

Определим апериодическую составляющую тока КЗ в момент времени ф по (2.5):

ф = 0,01 + 0,09 = 0,1с,

л_ф = e - ^{0,1 / 0,0308} = 0,039 ,

i_аф = 0,039 2 · 8,162= 0,449.

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени ф по (2.8):

x_расч = 0,783963 · 3538,25 / 10,5 ² = 25

I_nt = 1 · 8,162 = 8,162.

Определим действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент времени t_откл по (2.8):

t_откл = 0,1 + 0,11 = 0,21c,

I_nt = 1 · 8,162 = 8,162.

2.3 Выбор электрических аппаратов на ОРУ 110 кВ

2.3.1 Выбор выключателей

Выбор выключателя производят:

- по номинальному напряжению:

U_номQ ? U_hРУ = 110 кВ; (2.10)

- по номинальному току:

I_р.ф. = 100А ? I_ном , (2.11)

где I_р.ф. - максимальное значение тока, протекающего через подстанцию в послеаварийном режиме (см. приложение А1).

Примем к установке воздушный выключатель типа ВВБМ-110Б-31,5/2000У1 со следующими параметрами:

Номинальное напряжение U_нQ 110 кВ

Наибольшее рабочее напряжение U_max 126 кВ

Номинальный ток I_hQ 2000 A

Номинальный ток отключения I_но 31,5кА

Нормированное содержание апериодической составляющей

тока кз в_н 32%

Допустимая скорость восстанавливающегося 1,2

напряжения СВНдоп кВ/мкс

Наибольший пик предельного сквозного тока i_nc 102 кА

Действующее значение сквозного тока I_nc 40 кА

Наибольший пик номинального тока включения i_нв 90 кА

Действующее значение номинального тока включения 1_нв 35 кА

Ток термической стойкости I_mc 40 кА

Время термической стойкости t_mc 3 с

Время отключения t_вo 0,07 с

Собственное время отключения t_св 0,05 с

Проверка выключателя по режиму КЗ.

Проверка выключателя на отключающую способность. В качестве расчётного для этой проверки примем ток трёхфазного КЗ, т.к. он самый большой. Для этого вида КЗ необходимо знать периодическую I_nф и апериодическую i_aф составляющие тока КЗ в момент ф расхождения контактов выключателя:

ф = t_{рз min} + t_св 0,01 + 0,05 = 0,06 c;

I_nф = 4,764; i_aф = 0,02538.

Сравним эти токи с соответствующими параметрами выключателя:

2 · I_но · (1 + в_н% /100) > 2 · I_nф + i_aф ; (2.12)

2 · 31,5 · (1 + 32 /100) > 2 · 4,764+ 0,02538;

58,8 кА > 6,7627,

т.е. выполняется условие проверки по полному току КЗ.

Проверка выключателя на термическую стойкость. В качестве расчетного для этой проверки принимают трехфазное КЗ. Необходимо проверить выполнение следующего условия:

В_{к доп} ? В_красч. (2.13)

Допустимый тепловой импульс, определяемый по параметрам выключателя, В_{к доп} = 40² · 3 = 4800 кА² · с.

Тепловой импульс периодической составляющей тока КЗ:

B_кп =[( I'' + I_nф )/2]² · ф + [( I_nф + I_n.отк )/2]² · ( t_отк - ф ), (2.14)

В_кп = [(4,764+4,764)/2]²·0,06+[(4,764+4,764)/2]²·(0,17-0,06) = 3,858 кА²·с.

t_отк =t_{РЗ тах} + t_eo = 0,1 + 0,07 = 0,17 с,

где t_{РЗ max} = 0,1 с - время действия резервных релейных защит.

Тепловой импульс апериодической составляющей тока КЗ равен:

В_ка = (I'')²·T_аэ (2.15)

В_ка = 4,764² 0,01075 = 0,244кА² с,

где T_аэ - эквивалентная апериодическая составляющая всех ветвей, питающих точку КЗ.

(2.16)

Учитывая, что В_{к расч} = В_кп + В_ка выполним проверку на термическую стойкость:

В_{к доп} = 4800 > В_{к расч} = 3,858 + 0,244 = 4,102кА² · с,

то условие проверки на термическую стойкость выполнено.

Проверка выключателя на динамическую стойкость. Расчет производится при трехфазном КЗ:

i_nc = 102кА > i_y = 9,3949 кА;

I_пс = 40 кА > I'' = 4,764 кА,

т.е. условия проверки выполнены.

Проверка на включающую способность. Расчет производится по трёхфазному КЗ, т.к. ток при нем больше:

i_нв = 90 кА > i_y = 9,3949 кА.

I_нв = 35 кА > I'' = 4,764 кА;

Проверка выключателя по скорости восстанавливающегося напряжения (СВН):

СВН_доп ? СВН_расч;

СВН_расч = к · I_nф²/ (n_ocm · I_но ) = к · I_nф²/[(n_л - 1) · I_но ] (2.17)

СВН_расч = 0,2 · 4,764² / (1 · 31,5) = 0,144кВ/мкс;

где п_ост = п_л - 1 , если п_л ? 3 ,

п_ост - п_л - 2 , если п_л ? 4 ,

п_л - число линий, подключенных к сборным шинам данного напряжения;

СВН_доп = 1,2 кВ/мкс > СВН_расч = 0,144 кВ/мкс.

Параметры выключателя и соответствующие расчетные величины сведем в табл.2.1.

Таблица 2.1 - Параметры и расчетные величины выключателя.

Параметры выключателя	Соотношение	Расчетные величины для выбора выключателя
Uн = 110 кВ	=	UнРУ = 110 кВ
Iн = 2000 А	>	Iраб. форс = 501 А
Iно = 31,5 кА	>	Inф = 4,764 кА
2 Iно (1 + вн) = 58,8 кА	>	2 Inф + iaф = 6,7627 кА
Imc2 · tmc = 4800 кА2·с	>	Bк расч = 4,102 кА2·с
Inc = 40 кА	>	I'' = 4,764 кА
inc = 102 кА	>	iу = 9,3949 кА
Iнв = 35 кА	>	I'' = 4,764 кА
iнв = 90 кА	>	iу = 9,3949 кА
СВНдоп = 1,2 кВ/мкс	>	СВНрасч = 0,144 кВ/мкс

2.3.2 Выбор разъединителей

Разъединитель выбирают по номинальному току, номинальному напряжению, конструкции, по роду установки, а проверяют на термическую и динамическую стойкость в режиме КЗ. Так как разъединитель в цепи генератора стоит в одной цепи с выключателем, то расчетные величины для него такие же, как и для выключателя.

Выбираем разъединитель наружной установки типа РНДЗ-1-110/630 Т1. Его номинальные параметры, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними приведены в таблице 2.2,

Таблица 2.2 - Параметры и расчетные величины разъединителя.

Параметры разъединителя	Соотношение	Расчетные величины для выбора разъединителя
Uном = 110 кВ	?	UнРУ = 110 кВ
Iном = 630 А	>	Iраб.форс = 501 А
Imc2·tmc=31,52·4 = 3969 кА2·с	>	Bк расч = 4,102 кА2·с
inc = 80 кА	>	iу = 9,3949 кА

Соотношения табличных и расчетных параметров показывают, что выбранный разъединитель удовлетворяет всем условиям выбора и проверки в данной цепи.

2.3.3 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, току и классу точности. В режиме КЗ они проверяются на электродинамическую и термическую стойкость. Так как трансформатор устанавливается в одной цепи с Q, то соответствующие расчетные величины для него такие же, как и для Q. Примем к установке трансформатор тока (ТТ) типа ТФЗМ110Б-1У1 с первичным номинальным током I_1н = 600 А, вторичным номинальным током I_2н = 5 А,с классом точности вторичных обмоток 05/10Р/10Р, с номинальной вторичной нагрузкой в классе 0,5 z_2н = 1,2 Ом.

Номинальные параметры трансформатора, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними сведем в табл.2.3.

Таблица 2.3 - Параметры и расчетные величины трансформатора тока

Параметры ТТ	Соотношение	Расчетные величины для выбора ТТ
Uн = 110 кB	=	UнРУ = 110 кВ
Iн = 600А	>	Iраб.форс = 501 A
z2н =1,2 Ом	>	z2pacч = 1,08 Ом
iдин = 100 кА	>	iy = 9,3949 кА
Вк доп =252·3=1875кА2·с	>	Вк расч =4,102 кА2·с

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет условиям выбора и проверки в данной цепи.

Рассмотрим подробнее выбор трансформатора по классу точности: z_2н ? z_2pacч .Выполнение этого условия сводится к выбору сечения контрольного кабеля, соединяющего трансформатор с подключенными к нему приборами.

Допустимое сечение кабеля определим по следующей формуле:

q_{к доп} ? с · l_pacч / ( z_2н + r_np - r_к ) , (2.18)

где z_2н - номинальная вторичная нагрузка (1,2 Ом);

r_np = S_np / I_2н² - сопротивление приборов, подключенных к трансформатору;

S_np - мощность всех приборов в наиболее нагруженной фазе;

r_к - сопротивление контактных соединений (при числе приборов более трех r_к = 0,1 Ом);

l_pacч - расчетная длина контрольного кабеля, зависящая не только от реальной его длины, но и от схемы соединения трансформаторов тока [4, с.374-375];

с - удельное сопротивление жил контрольного кабеля (для алюминия с = 0,0283 Ом·мм²/м).

Результаты сведем в табл.2.4, а на ее основе определим

r_np = 5 / 5² = 0,2Ом,

q_{к доп} =0,0283 100 / ( 1,2 - 0,2 - 0,1 ) = 3,14 мм² .

Если сечение q_{к доп} получается очень большим и не позволяет выбрать приемлемое сечение контрольного кабеля, то необходимо выбрать трансформатор тока с номинальным вторичным током I_2н = 1 А.

Таблица 2.4 - Вторичная нагрузка трансформатора тока

№	Прибор	Тип прибора	Нагрузка фазы, В·А
			А	В	С
1	Амперметр	Э-335	0,5	-	-
2	Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
3	Варметр	Д-335	0,5	-	0,5
4	Счетчик активной энергии	САЗ-4681	2,5	2,5	-
5	Счетчик реактивной энергии	СР4-4676	-	2,5	2,5
	Snp ,В·А		4	5	3,5

Примем к установке кабель АКВВГ с алюминиевыми жилами сечением 4 мм² . Определим сопротивление выбранного кабеля:

r_каб = с·l_pacч / q =.0283·100 / 4 = 0,708 Oм, (2.19)

Определим вторичное расчетное сопротивление:

z_2pacч = 0,421 + 0,6 + 0,1 =1,121 Ом.

Из сравнения видно, что условие проверки по классу точности выполняется.

2.3.4 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения выбирают:

- по напряжению U_н ? U_{н уст}

- по конструкции и схеме соединения обмоток.

Проверку работы ТН в классе точности производят по его суммарной нагрузке, которая определяется подключаемыми приборами. ТН в ОРУ 110кВ питает обмотки напряжения приборов, сборных шин, линий, колонок синхронизации, обходного выключателя.

Подсчёт мощности произведем отдельно по активной и реактивной составляющим. При этом учтем, что cosц обмоток приборов, кроме счетчиков, равен единице. У счетчиков активной и реактивной энергии cosц = 0,38, a sinц = 0,925.

Используя учебник [4, с.635] и справочник [2, с.387], составим таблицу 2.5. для подсчета мощности.

Полная суммарная потребляемая мощность

S_2У = P_2У² + Q_2У² = 98,84² +16,65² = 100,23В·А. (2.20)

Примем к установке три однофазных трехобмоточных трансформатора напряжения типа НКФ-110-83У1 [2, с.336] с номинальной мощностью в классе 0,5 S_2н = 400 В·А, соединенные в группу

3·S_2н = 1200 В·А > S_2У = 100,23 В·А,

т.е. условие проверки по классу точности выполняется.

Таблица 2.5 - Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения

№	Место установки и перечень приборов	Число присоединений	Тип прибора	Sном обм, В·А	Число обмоток	cosц	sinц	Ощее число приборов	Р , Вт	Q , Вар
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	ЛЭП связи с системой: - ваттметр - варметр - счетчик активной энергии - ФИП	2	Д-335 Д-335 СА3-И681	1,5 1,5 2 3	2 2 2 1	1 1 0,38 1	0 0 0,92 0	2 2 2 2	6 6 3,04 6	- - 4,7 -
2	Сборные шины: - вольтметр - вольтметр регистрирующий - ваттметр регистрирующий - частотомер регистрирующий - осциллограф	1	Э-335 Н-393 Н-395 Н-397	2 10 10 7 10	1 1 1 1 1	1 1 1 1 1	0 0 0 0 0	1 1 1 1 1	2 10 10 7 10	- - - - -
3	Приборы колонки синхронизации: - вольтметр - частотомер - синхроноскоп	1	Э-335 Э-326 Э-327	2 1 10	1 1 1	1 1 1	0 0 0	1 1 1	4 2 20	- - -
4	Обходной выключатель: - ваттметр - варметр - счетчик активной энергии - счетчик реактивной энергии - ФИП	1	Д-335 Д-335 СА4-И681 СР4-И676	1,5 1,5 2 3 3	2 2 2 2 1	1 1 0,38 0,38 1	0 0 0,92 0,92 0	1 1 1 1 1	3 3 1,52 2,28	- - 3,7 5,55 -
5	Итого:								98,84	16,65

Выбор сечения контрольного кабеля во вторичных цепях трансформаторов напряжения определяется по допустимой потере напряжения, установленной ПУЭ, а именно:

- до расчетных счетчиков межсистемных линий электропередачи -0,25%;

- до расчетных счетчиков и датчиков мощности, используемых для ввода информации в вычислительные устройства - 0,5 %;

- до щитовых приборов и датчиков мощности, используемых для всех видов измерений - 1,5 %;

- до панелей защиты и автоматики - 3 %.

В целях упрощения расчетов потеря напряжения принимается равной падению напряжения. Тогда потеря линейного напряжения будет

ДU = 3 · I· r_np (2.20)

где r_np - сопротивление контрольного кабеля.

Т.к. номинальное вторичное напряжение во вторичных цепях ТН составляет 100 В, то допустимая потеря напряжения в процентах равна допустимой потере в вольтах.

Учитывая, что цепи напряжения для защиты и измерительных приборов выполняются общими, сечения жил кабелей выбирают по условию обеспечения потери напряжения не более -1,5 В.

Если от этих же цепей питаются расчетные счетчики, то потеря линейного напряжения не должна превышать 0,5 В.

При значительном удалении щита релейной защиты и измерительных приборов от ТН во избежание чрезмерного завышения сечения жил кабелей целесообразно от шкафа ТН до счетчиков прокладывать отдельный кабель.

Для определения требуемого сечения жил кабеля при ДU_доп вычисляется допустимое наибольшее сопротивление фазного провода:

r_{np max} = ДU_доп / ( 3 ·I_н), (2.21)

или в цепи:

3U₀ r_{np max} = ДU_доп / (2·I_н ). (2.22)

Ток нагрузки для вторичных цепей основных обмоток ТН:

I_н = 3 · S'_2У / U_ном, (2.23)

где S'_2У - суммарное потребление нагрузки цепи, приведенное к напряжению 100 В

S'_2У = (U_расч /U)²· S_2У (2.24)

Нагрузка основных обмоток ТН, подключенных к сборным шинам 35 кВ и выше, принимается равной мощности ТН в классе точности 1, на линии 330-750 кВ определяется по потреблению устанавливаемых устройств защиты, автоматики и измерений.

Выбираем контрольный кабель для связи ТН до релейного щита (длина кабеля 150 м) и от ввода основного кабеля на релейном щите до измерительных приборов, установленных на ЦЩУ (длина кабеля 120 м).

I_н = 3 · 100,23/ 100 = 1,736 А;

r_{np max} = 0,5 / ( 3 · 1,736 ) = 0,166 Ом.

Принимая сопротивление одной жилы кабеля в фазе r_np ? 0,083 Ом и для Alг = 34,5 м/(Ом·мм2) определяем сечение жилы кабеля:

q = l / ( г·r ) = 150 / ( 34,5·0,166 ) = 26,19 мм² (2.25)

Выбираем кабель 3х30 + 1х25 мм².

Действительное сопротивление его жил:

r_np = 150 / ( 34,5·30 ) = 0,145 Ом,

r_о.np = 150 / ( 34,5·25 ) = 0,185 Ом.

ДU = 3·I·r_np = 3·1,736·0,145 = 0,436 B <ДU_доп = 0,5 В,

значит сечение выбрано верно.

2.4 Выбор электрических аппаратов на ЗРУ 10 кВ

2.4.1 Выбор выключателей

Выбор выключателя производим по (2.10) и (2.11):

- по номинальному напряжению:

U_номQ ? U_hРУ = 10 кВ;

- по номинальному току:

I_р.ф. ? I_ном ,

где I_р.ф. = 1,4·S_нт / ( 3·U_нРУ ) = 1,4·10 / ( 3·10 ) = 0,808 кА. (2.26)

здесь S_нт - номинальная мощность трансформатора.

1,4 - коэффициент запаса [4].

Примем к установке маломасляный выключатель типа ВПМ-10-20/1000УЗ со следующими параметрами:

Номинальное напряжение U_нQ 10 кВ

Наибольшее рабочее напряжение U_мах 12 кВ

Номинальный ток I_нQ 1000 А

Номинальный ток отключения I_но 20 кА

Наибольший пик предельного сквозного тока i_nc 52 кА

Действующее значение сквозного тока I_nc 20 кА

Наибольший пик номинального тока включения i_нв 52 кА

Действующее значение номинального тока включения I_нв 20 кА

Ток термической стойкости I_mc 20 кА

Время термической стойкости t_mc 4 с

Время отключения t_вo 0,11 с

Собственное время отключения t_св 0,09 с

Проверка выключателя на отключающую способность. В качестве расчётного для этой проверки примем ток трехфазного КЗ, т.к. он самый большой. Для этого вида КЗ необходимо знать периодическую I_nф и апериодическую i_aф составляющие тока КЗ в момент ф расхождения контактов выключателя:

ф = t_{рз min} + t_св 0,01 + 0,09 = 0,1 c,

I_nф = 8,162 , i_aф = 0,449.

Сравним эти токи с соответствующими параметрами выключателя по (2.12):

2 · 20 · (1 + 20 /100) ? 2 · 8,162 + 0,449;

34кА>11,99,

т.е. выполняется условие проверки по полному току КЗ.

Проверка выключателя на термическую стойкость. В качестве расчетного для этой проверки принимают трехфазное КЗ. Необходимо проверить выполнение условия:

В_{к доп} ? В_красч.

Допустимый тепловой импульс, определяемый по параметрам выключателя В_{к доп} = 20² · 4 = 1600 кА² · с.

Тепловой импульс периодической составляющей тока КЗ по (2.14)

В_кп = [(8,162 +8,162)]²·0,06+[(8,162 +8,162)]=3,858 кА²·с.

t_отк =t_{РЗ тах} + t_eo = 0,1 + 0,07 = 0,17 с,

Тепловой импульс апериодической составляющей тока КЗ по (2.15)

В_ка = 8,1622 · 0,0308 = 2,052 кА²·с

Учитывая, что В_красч = В_кп + В_ка. выполним проверку на термическую стойкость:

В_{к доп} = 1600 > В_красч = 13,33 + 2,052 = 15,382 кА²·с,

т.е. условие проверки на термическую стойкость выполнено.

Проверка выключателя на динамическую стойкость. Расчёт производится при трехфазном КЗ:

i_nc = 52кА > i_y = 19,8855 кА;

I_пс = 20 кА > I'' = 8,162 кА,

т.е. условия проверки выполнены.

Проверка на включающую способность. Расчёт производится по трехфазному КЗ, т.к. ток при нем больше:

i_нв = 52 кА > i_y = 19,886 кА.

I_нв = 20 кА > I'' = 8,162 кА;

т.е. условия проверки выполнены.

Условие проверки на включающую способность выключателя выполняется.

Параметры выключателя и соответствующие расчетные величины сведем в табл.2.6.

Таблица 2.6 - Параметры и расчетные величины выключателя.

Параметры выключател	Соотношение	Расчетные величины для выбора выключателя
Uн = 10 кВ	=	UнРУ = 10 кВ
Iн = 1000 А	>	Iраб. форс = 808 А
Iно = 20 кА	>	Inф = 8,162 кА
2 Iно (1 + вн) = 34 кА	>	2 Inф + iaф = 11,99 кА
Imc2 · tmc = 1600 кА2·с	>	Bк расч = 15,382 кА2·с
Inc = 20 кА	>	I'' = 8,162 кА
inc = 52 кА	>	iу = 19,886 кА
Iнв = 20 кА	>	I'' = 8,162 кА
iнв = 52 кА	>	iу = 19,886 кА
СВНдоп = 1,2 кВ/мкс	>	СВНрасч = 0,144 кВ/мкс

2.4.2 Выбор разъединителей

Разъединитель выбирают по номинальному току, номинальному напряжению, конструкции, по роду установки, а проверяют на термическую и динамическую стойкость в режиме КЗ. Так как разъединитель в цепи генератора стоит в одной цепи с выключателем, то расчетные величины для него такие же, как и для выключателя.

Выбираем разъединитель наружной установки типа РВ-10/1000УЗ. Его номинальные параметры, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Параметры и расчетные величины разъединителя

Параметры разъединителя	Соотношение	Расчетные величины для выбора разъединителя
Uhom=10 kB	?	UнРУ = 10 кВ
Iном = 1000 А	>	Iраб.форс = 808 А
Imc2 · tmc = 402 · 4 = 6400кА2·с	>	Вкрасч = 5,382 кА2 с
inc = 100 кА	>	iy = 19,886 кА

Соотношения табличных и расчетных параметров показывают, что выбранный разъединитель удовлетворяет всем условиям выбора и проверки в данной цепи.

2.4.3 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают по номинальному напряжению, току и классу точности. В режиме КЗ они проверяются на электродинамическую и термическую стойкость. Так как трансформатор устанавливается в одной цепи с Q, то соответствующие расчетные величины для него такие же, как и для Q. Примем к установке трансформатор тока (ТТ) типа ТШЛП-10-УЗ с первичным номинальным током I_1н= 1000 А, вторичным номинальным током I_2н = 5 А, с классом точности вторичных обмоток 05/10Р, с номинальной вторичной нагрузкой в классе 0,5 z_2n = 1,2 Ом.

Номинальные параметры трансформатора, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними сведем в табл.2.8.

Таблица 2.8 - Параметры и расчетные величины трансформатора тока

Параметры ТТ	Соотношение	Расчетные величины для выбора ТТ
Uh=10 kB	=	UнРУ = 10 кВ
Iн = 1000 А	>	Iраб.форс = 808 А
z2н=1,2 Ом	>	Z2расч = 1,121 Ом
Iдин = 100 кА	>	iy = 19,886 кА.
Вк доп = 352·3 = 3675 кА2·с	>	Вкрасч = 15,382 кА2·с

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет условиям выбора и проверки в данной цепи.

Рассмотрим подробнее выбор трансформатора по классу точности: z_2н ? z_2pacч .Выполнение этого условия сводится к выбору сечения контрольного кабеля, соединяющего трансформатор с подключенными к нему приборами.

Допустимое сечение кабеля определим по (2.18):

r_np = 15 / 5² = 0,6Ом,

q_{к доп} =0,0283 50 / ( 1,2 + 0,6 - 0,1 ) = 1,3 мм² .

Таблица 2.9 - Вторичная нагрузка трансформатора тока

№	Прибор	Тип прибора	Нагрузка фазы, В·А
			А	В	С
1	Амперметр	Э-335	0,5	-	-
2	Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
3	Варметр	Д-335	0,5	-	0,5
4	Счетчик активной энергии	САЗ-И681	2,5	2,5	-
5	Счетчик реактивной энергии	СР4-И676	-	2,5	2,5
6	Регистрирующий ваттметр	Н-395	10	-	10
7	Регистрирующий амперметр	Н-395	-	10	-
8	Snp ,В·А		14	15	13,5

Примем к установке кабель КВВГ с алюминиевыми жилами сечением 4 мм² . Определим сопротивление выбранного кабеля по (2.19):

r_каб = 0283·50 / 2,5 = 0,421 Oм,

Определим вторичное расчетное сопротивление:

z_2pacч = 0,421 + 0,6 + 0,1 =1,121 Ом.

Из сравнения видно, что условие проверки по классу точности выполняется.

2.4.4 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформатор напряжения выбирают:

- по напряжению U_н ? U_{н уст}

- по конструкции и схеме соединения обмоток.

Проверку работы ТН в классе точности производят по его суммарной нагрузке, которая определяется подключаемыми приборами. ТН в ЗРУ 10 кВ питает обмотки напряжения приборов, сборных шин, линий, колонок синхронизации, обходного выключателя.

Подсчет мощности произведем отдельно по активной и реактивной составляющим. При этом учтем, что cosц обмоток приборов, кроме счетчиков, равен единице. У счетчиков активной и реактивной энергии cosц = 0,38, a sinц = 0,925.

Используя учебник [4, с.635] и справочник [2, с.387], составим табл.2.10. для подсчета мощности.

Полная суммарная потребляемая мощность по (2.20):

S_2У = P_2У² + Q_2У² = 98,84² +16,65² = 127,12 В·А.

Примем к установке три однофазных трехобмоточных трансформатора напряжения типа ЗНОМ-10-83У2 [2, с.336] с номинальной мощностью в классе 0,5 S_2н = 75 В·А, соединенные в группу

3S_2н = 225В·А > S_2У = 127,12 В·А,

т.е. условие проверки по классу точности выполняется.

Выбираем контрольный кабель для связи ТН до релейного щита (длина кабеля 150 м) и от ввода основного кабеля на релейном щите до измерительных приборов, установленных на ЦЩУ (длина кабеля 120 м).

Ток нагрузки для вторичных цепей основных обмоток ТН по (2.23):

I_н = 3 · 127,12/ 100 = 2,19 А;

Таблица 2.10 - Вторичная нагрузка трансформаторов напряжения

№	Место установки и перечень приборов	Число присоединений	Тип прибора	Sном обм, В·А	Число обмоток	cosц	sinц	Ощее число приборов	Р , Вт	Q , Вар
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
1	Тупиковые ЛЭП: - ваттметр - варметр - ФИП - счетчик активной энергии - счетчик реактивной энергии	6	Д-335 Д-335 СА4-И681 СР4-И676	1,5 1,5 3 2 3	2 2 1 2 2	1 1 1 0,38 0,38	0 0 0 0,92 0,92	6 6 6 6 6	21 21 21 10,64 15,96	- - - 25,76 38,64
2	- вольтметр регистрирующий - ваттметр регистрирующий	1	Н-393 Н-395	10 10	1 1	1 1	0 0	1 1	10 10	- -
3	Итого:								109,6	64,4

Допустимое наибольшее сопротивление фазного провода по (2.21):

r_{np max} = 0,5 / ( 3 · 2,19 ) = 0,132 Ом.

Принимая сопротивление одной жилы кабеля в фазе r_np ? 0,083 Ом и для Alг = 34,5 м/(Ом·мм2) определяем сечение жилы кабеля по (2.25):