Продолжительные рабочие токи определяются для выбора аппаратов и проводников. Различают рабочие токи нормального режима, а также ремонтного, аварийного, послеаварийного. Для выбора аппаратуры следует ориентироваться на утяжеленный режим работы, получая максимальные рабочие токи.

Рабочий ток фидеров:

, А

где Р_{н. ф} - номинальная мощность фидера, кВт;

U_{н. ф} - номинальное напряжение фидера (потребителя), кВ;

cos_ф - коэффициент мощности потребителя.

кА,

кА;

Рабочий ток секционного выключателя

А,

где Р_{н. ф} - сумма мощностей потребителей наиболее загруженной секции сборных шин, кВт;

U_н - номинальное напряжение группы токоприемников, кВ;

cos_{ср. вз -} средневзвешенное значение коэффициентов мощности группы токоприемников,

Для РУНН: Рабочий ток секции секционного выключателя рассчитывают как ток наиболее загруженной секции сборных шин.

кА,

кА,

Рабочий ток вводов РУ и сборных шин:

где Р_{н. РУ} - суммарная номинальная мощность всех присоединений РУ, кВ;

cos _{ср. вз. РУ} - средневзвешенное значение коэффициентов мощности всех присоединений РУ.

кА

кА,

Максимальный рабочий ток распределительного устройства высшего напряжения определяют исходя из полной загрузки силового трансформатора и допустимой перегрузки аварийного режима

где 1,4 - кратность максимальной перегрузки в аварийном режиме;

S_{н. т}=40000кВА - номинальная мощность силового трансформатора;

U_{н. ВН}=110 кВ - номинальное напряжение РУВН.

кА

2.5 Расчет токов короткого замыкания

Выбор разъединителей производим так же, как и выключателей, но без проверок на отключающую способность, так как они не предназначаются для отключения цепей, находящихся под током.

Выбор и проверка разъединителей:

Таблица 2.6.2.1

Для РУНН выбор разъединителей не производим, так как оно выполнено в виде ЗРУ. В нем установлены комплектные распределительные устройства.

Тип КРУ для выключателей МГГ10-РУ-10-5000, для выключателей типа ВВЭ-М-10 - К104М (табл.5.21 стр. 197 [5]).

2.6.3 Выбор средств ограничения тока короткого замыкания

В сетях 6 кВ токи к. з. значительно влияют на электродинамическую и термическую устойчивость, поэтому при выборе главной схемы электрических соединений предусматриваются меры по ограничению токов к. з. до величины, позволяющей применить экономически выгодные аппараты и сечения токоведущих частей. Одним из основных мероприятий по ограничению токов к. з. является использование раздельной работы секций шин трансформаторной подстанции (в данном проекте это выполняется) при наличии средств подстанционной автоматики (АВР на секционном выключателе) наличие АВР на проектируемой подстанции имеется.

Другим мероприятием по ограничению токов к. з. является использование линейных реакторов - в проектируемой подстанции токи к. з. имеют, значения не требующие установки реакторов

2.6.4 Выбор измерительных трансформаторов

Трансформаторы тока выбираем по уровню допустимого напряжения, нагреву рабочим током и по требуемому классу точности, проверяем по электродинамической и термической стойкости токам к. з.

Номинальный ток ТА должен быть как можно ближе к рабочему, т.к. недогрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешностей.

Выбираем ТА по классу точности: принимаем класс точности ТА - 0,5 (для подключения счетчиков);

Номинальный вторичный ток ТА I₂=5 А;

Необходимо выполнение условия:

,

где Z₂ - вторичная (расчетная) нагрузка ТА. Z_2н R₂, т.к. индуктивное сопротивление токовых цепей мало;

Z_2н - номинальная (каталожная) нагрузка ТА в требуемом классе точности.

где R_приб, S_приб - сопротивление и мощность, потребляемые измерительными приборами;

R_конт - сопротивление контактов вторичной цепи ТА, R_конт=0,05 Ом;

Таблица 2.6.4.1

Определяем R_приб по наиболее загруженной фазе

Ом

Сопротивление монтажных проводов (R_пров) вторичных цепей ТА:

=3-расчетная длина проводов, зависит от количества приборов и схемы их соединения (рис.3.6.4.1);

=60-80 м для РУ 110 кВ, =3·60=210 м;

Рис.2.6.4.1 Схема соединения приборов

q=6 мм²-площадь сечения;

= 0,0283 Ом·мм²/м - удельное сопротивление алюминиевого провода;

Ом

Вторичная расчетная нагрузка:

Ом

Результаты выбора ТА для РУВН сведены в таблицу 2.6.4.2.

Таблица 2.6.4.2

Результаты выбора ТА для РУНН сведены в таблицу 2.6.4.3

Таблица 2.6.4.3

Трансформаторы напряжения выбираем по следующим параметрам:

;

конструкции и схеме соединения обмоток;

классу точности

,

где S_2н - номинальная мощность в выбранном классе точности.

Принимаем класс точности 0,5.

.

Подсчет S₂ производим в табличной форме (табл.2.6.3.5).

Таблица 2.6.4.4

Результаты выбора трансформаторов напряжения сведены в таблицу:

Таблица 2.6.4.5

Состав потребителей собственных нужд (с. н.) зависит от типа подстанции, электрооборудования, мощности силовых трансформаторов.

Потребителями с. н. подстанций являются электродвигатели обдува трансформаторов, обогреватели приводов отделителей и короткозамыкателей, шкафов КРУН, а также освещение.

На проектируемой двухтрансформаторной подстанции устанавливается два трансформатора с. н. (Т_{с. н.)}.

Выбираем трансформатор ТМ100/10 с Uн = 6/0,4кВ, с масляным охлаждением (табл.27.6 стр.47 [7])

Технические данные Т_сн типа ТМ100/10:

Таблица 2.6.5.1

Для выбора выключателя трансформатора сн. рассчитаем рабочий ток:

Выбор выключателя представлен в таблице 2.6.5.2.

Таблица 2.6.5.2

Выбор трансформатора тока представлен в таблице 2.6.5.3.

Таблица 2.6.5.3

Оперативный ток на подстанции.

Источником постоянного оперативного тока служат аккумуляторные батареи, которые выбирают по необходимой емкости (типовому номеру), по уровню необходимого напряжения и схеме присоединения к шинам.

Типовой номер батареи (N) рассчитывается по формуле

,

где 1,05 - коэффициент запаса, учитывающий понижение энергии батареи при старении;

j - допустимая нагрузка аварийного разряда (A/N) приведенная к первому номеру аккумулятора в зависимости от температуры электролита;

I_ав - нагрузка установившегося аварийного разряда, которая на подстанциях составляет 25-60 А, принимаем I_ав =60А.

По рис.3.2 стр.30 [1] находим j = 18А/N

Принимаем типовой номер аккумулятора N=4 и выбираем свинцово-кислотную аккумуляторные батареи типа СК - 4. В таблице приведены технические данные выбранной аккумуляторной батареи, где представлены основные технические характеристики и параметры.

Таблица 2.6.5.4

Количество элементов (банок), присоединенных к шинам в режиме постоянного разряда определяем по формуле:

банок

где n_о - число основных элементов в батарее;

U_м=233 В - напряжение на шинах;

U_пз=2,15 В - напряжение на элементе в режиме подзаряда;

В режиме дозаряда при повышенном напряжении на элементе (2,5В) к шинам присоединяется минимальное количество элементов, определяемое по формуле:

банки.

В режиме аварийного разряда при напряжении на элементе 1,75В, а на шинах ниже номинального (220В), максимальное количество элементов определяем по формуле:

банок.

В качестве подзарядных устройств используем выпрямительное устройство ВАЗП-380/260-40/80 на напряжение 260-380В и ток 40-80А.

2.6.6 Выбор шин

В открытом распределительном устройстве применяем гибкие шины, а в закрытом ЗРУ-6кВ - жесткие.

а). Выбор гибких шин для ОРУ-110кВ.

Сечение гибких шин выбираем по нагреву рабочим током, проверяем по экономической плотности тока, по термическому действию тока к. з. и по условиям короны:

По нагреву рабочим током принимаем сталеалюминевые провода АС сечением 95/16 мм² с

294330 А

где I_{раб max}=294 А - максимальный рабочий ток шины;

I_доп=330 А - допустимый ток шины выбранного сечения;

По экономической плотности тока

где S_эк - экономически целесообразное сечение шины, округляем до ближайшего стандартного S=300/48ммс I_доп=690 А;

j - экономическая плотность тока, А/мм²

При продолжительности максимальной нагрузке (Тmax1 = 6000ч, Тmax2 = 5500ч - по условию). Рекомендуемая плотность тока для воздушных линий и шин РУ для алюминиевых проводов j =1,0 А/мм² (табл.1.3.36 стр.38 [2])

Шина является термически стойкой к токам к. з., если соблюдается условие

,

где S =300 мм² - выбранное сечение провода;

I_к - установившийся ток к. з (можно принять I_к = I_{no (К1)} = 1,004кА), А;

t_к=t_откл=0,1 с - время прохождения тока к. з (пункт 3.6.1);

С=88 - коэффициент для алюминиевых шин;

Выбранные шины термически устойчивы.

По условиям коронирования минимальное стойкое сечение провода на напряжение 110 кВ - 70. Исходя, из этого принимаем окончательно сталеалюминевые провода сечением 300/48 мм² в качестве гибких шин для ОРУ-110кВ

б). Выбор жестких шин для ЗРУ1-6кВ.

Сечение жестких шин выбираем по нагреву рабочим током, проверяем на термическое и электродинамическое действие токов к. з.

Выбор по нагреву рабочим током и проверка на термическое действие токов к. з. аналогичны с гибкими шинами.

По нагреву рабочим током:

I_{раб max}=3205 А - выбираем трехполосные прямоугольные алюминиевыешины сечением 3 (100х10 мм²) с

3205А3650 А

I_доп=3205 А - допустимый ток шины выбранного сечения;

Проверяем выбранную шину на термическую устойчивость при I_к = I_{no (К2)} = 9260 А

С=88, t_к=0,1с

Шина является термически стойкой к токам к. з

Проверка шины на электродинамическую устойчивость сводится к механическому расчету жестких шин.

Шина динамически устойчива, если

и =70 МПа - расчетное и допустимое напряжение в материале алюминиевой шины.

В многополостных шинах расчетное напряжение складывается из двух составляющих: напряжения, возникающего из-за взаимодействия между токами фаз , и напряжения вследствие взаимодействия токов отдельных полос в одной фазе .

Определяем напряжение из-за взаимодействия токов отдельных фаз , которое определяется аналогично однополосным шинам

, МПа,

где W - момент сопротивления шин;

- изгибающий момент;

f_{рас -} изгибающая сила, приходящаяся на единицу длины средней фазы, Н/м;

=1,5м ч 2,0 м - расстояние между изоляторами вдоль шины, принимаем=1,5м.

Н/м,

где i_у=24400 А - ударный ток при к. з. в точке К2 на шинах;

а - расстояние между осями смежных фаз.

Рис. 2.6.6.1 Расположение шин и форма их сечения

Согласно ПУЭ для закрытого РУ при напряжении 6 кВ минимальное расстояние в свету шинами разных фаз должно быть не менее 100мм, принимаем 150мм, тогда а =200мм=0,2м.

Момент сопротивления шин согласно табл.3.10 стр.34 [1]:

,

где h=100мм=100*10^-3 м

в=10мм=10*10^-3 м

Усилие между полосами () может быть значительное и может привести к схлестыванию шин. С целью устранения этого явления между полосами устанавливаются прокладки, равные толщине шин (в=10мм), через промежутки , принимаем м.

Тогда напряжение в материале шин от взаимодействия полос

,

Где в=10мм, h=100мм - размеры сечения шин, fn. рас. - усилие, приходящееся на 1м длины полосы, от взаимодействия между токами полос пакета, н/м

Коэффициент находим по кривым на рис.3.3

При в/h=10/100=0,1 для трех полосных шин=0,087

Расчетное напряжение шины

3,57+19,42=22,99МПа < =70МПа

- выбранные трехполосные алюминиевые шины сечением 3 (100х10 мм²) проходят проверку на механическую прочность.

в). Выбор жестких шин для ЗРУ2-6кВ

По нагреву рабочим током:

I_{раб max} = 2405 А - выбираем двухполосные прямоугольные алюминиевые шины сечением 2 (80х10 мм²) с

2405А2410 А

Проверяем выбранную шину на термическую устойчивость при I_к = 9260 А

С=88, t_к=0,1с

Шина является термически стойкой к токам к.з.

При проверке шин на электродинамическую устойчивость учитываем, что шины также располагаются на ребро и принимаем также размер а =200мм=0,2м

Изгибающая сила, приходящаяся на единицу длины средней фазы при i_у= 24400 А

Изгибающий момент при расстоянии между изоляторами вдоль шины l=1,5м

Момент сопротивления двухполосных шин при расположении их на ребро согласно табл.3.10 стр.34 [1]

,

где h=80мм, в=10мм - размеры шин

Напряжение от взаимодействия токов отдельных фаз:

При определении усилия между полосами () для двухполосных шин при в/h =10/80=0,125. По рис.3.3 стр.35 [1] находим =0,13.

Усилие, приходящееся на 1 м длины полосы от взаимодействия между токами полос пакета

Усилие между полосами () при расстоянии между прокладками между шинами ln=0,75м, при h=80мм, в=10мм

Расчетное нагрузка

=10,2+36,3=46,5МПа < =70МПа

- выбранные двухполосные алюминиевые шины сечением 2 (80х10 мм²) проходят проверку на механическую прочность.

Для распределительного устройства ОРУ-110 кВ выбираем для гибких шин подвесные стеклянные изоляторы типа ПС6-А, с 8 изоляторами в гирлянде.

Для жестких шин опорные изоляторы выбираются по номинальному напряжению, месту установки изоляторов (внутренняя, наружная) и по допускаемой механической нагрузке.

Проверим изолятор по допустимой механической нагрузке. Согласно ПУЭ расчетная нагрузка на изолятор не должна превышать 60% от разрушающей нагрузки:

Для ЗРУ1-6кВ выбираем опорные изоляторы внутренней установки типа ИО6-3,75У3 (табл.5.7 стр.282 [33]) с U_н=U_уст=6 кВ с минимальной развивающей силой на изгиб F_разр=3750 Н, с высотой изолятора Н_из=100 мм.

Расчетная нагрузка определяется:

где f = 523,9н/м, l = 1,5 м - из раздела 3.6 б.

k_п - поправочный коэффициент на высоту шины;

где Н_из =100 мм - высота изолятора;

С - высота шины по оси изолятора, при установке шин 3 (100х10 мм²) на ребро С=h=100мм.

Н

Выбранные опорные изоляторы типа ИО6-3,75У3 выдерживают проверку по допустимой механической прочности.

Для ЗРУ2-6кВ также выбираем опорные изоляторы внутренней установки типа ИО6-3,75У3 и расчет выполняем аналогично предыдущему.

При установке сборных шин 2 (80х10 мм²) на ребро С=h=80мм, поправочный коэффициент:

Расчетная нагрузка на изолятор при f = 523,9н/м, l = 1,5 м - из раздела 3.6 в.

Н

Выбранные опорные изоляторы типа ИО6-3,75У3 выдерживают проверку по допустимой механической нагрузке.

Проходные изоляторы для жестких шин выбираются по номинальному напряжению, месту установки изолятора (внутренняя, наружная) и номинальному току.

Для ЗРУ1-6кВ выбираем проходные изоляторы наружновнутренней внутренней установки типа ИП10/15000-4250УХЛ1 с U_н=10кВ>U_уст=6 кВ

I_н=5000А>I_{раб max}=3205А (табл.5.8 стр.290 [3])

Для ЗРУ2-6кВ выбираем эти же изоляторы, так как для ЗРУ2-6кВ

I_н=5000А>I_{раб max}=2405А.

2.7 Расчет заземляющего устройства