Самый компактный выключатель в своем классе 2 страница
Определяю ток короткого замыкания в точке К-2 :
Подставляя значения в формулу (2.8), получаем:
Результаты, полученные при расчете токов короткого замыкания в двух точках, заносятся в таблицу 2.2
Таблица 2.2 - Результаты расчета коротких замыканий
| Uн, кВ | Х | I". кА | |
| К-1 | 0,4 | 12,9 | |
| К-2 | 25,48 | 4,5 |
3.3 Расчет и описание электрических аппаратов и токоведущих частей
На рассвете развития промышленности подстанции создавались следующим образом.
В начале проектировалась электрическая часть подстанции в соответствии с номинальными величинами напряжения, тока и мощности
и выбиралось необходимое электрическое оборудование. После этого проектировалась строительная часть. Установка оборудования и монтаж
производилась на месте. Все эти три основные стадии требовали большого и
квалифицированного труда и затрат по времени. Особо трудоемкими являются: монтаж и наладка оборудования; подготовка к включению.
Бурное развитие энергетического комплекса в 70-80х годах, широкая
электрификация и автоматизация производственных процессов требовали новых методов строительства подстанций, каковыми и являются комплектные
трансформаторные подстанции блочного типа КТПБ(М)
КТПБ(М)- это совокупность электрического оборудования, аппаратов, установленных изделий и т.п., выполняющих все функции необходимых для подстанции, изготовляющиеся крупногабаритными узлами и доставляются на место монтажа. Для ограничения количества необходимых исполнений проектные институты проводят типизацию схем первичной и вторичной коммутации.
В распределительных устройствах подстанций содержится большое число
электрических аппаратов и соединяющих их проводников.
При выборе токоведущих частей необходимо обеспечить выполнение ряда
требований, вытекающих из условий работы.
Аппараты и проводники должны:
• Длительно проводить рабочие токи без чрезмерного превышения температуры
• Противостоять кратковременному действию токов короткого замыкания
• Удовлетворять требованиям экономичности электроустановки
3.3.1 Расчет и выбор ошиновки на распределительных устройствах
Токопроводы в данной работе будут проверяться по следующим значениям:
1. По длительно допустимому току из условия нагрева.
(2.9)
Где Iраб- рабочий ток электроустановки(А)
Iдл.доп -длительно допустимый ток (А),(определяется по справочнику)
Рабочий ток рассчитывается по формуле:
 (2.10)
|
2. По термическому действию тока короткого замыкания
Условием термической стойкости является:
(2.11)
где qвыбр - выбранное сечение шины (мм2)
qmin - минимально-допустимое сечение шины по термической устойчивости, которое рассчитывается по формуле :
(2.12)
где С - коэффициент, для алюминиевых шин равен 88
Вк - тепловой импульс (кА2-с), который находится по формуле:
(2.13)
где tоткл - время отключения (сек)
Та - время затухания апериодической составляющей тока короткого
замыкания, определяется по таблице (сек)
Для сборных шин понизительной подстанции до 20 МВА Та=0,045сек
тогда принимаю Та=0,045 сек.
Время отключения определяется по формуле:
(2.14)
где tрз - время срабатывания релейной защиты (tрз = 0,1 сек)
tв - время отключения выключателя (tв = 0,2 сек.)
Подставляя значения в формулу (2.14), получаем:
По выше изложений методике определяем ошиновку на стороне 110 кВ
По формуле (2.10) находим рабочий ток:
Из справочника по току нагрузки определяю марку провода. Провод марки АС-16 с Iдл.доп=105 А подходит, но исходя из условия идентичности и возможного расширения подстанции (подстанция присоединена к лиии проводом АС-120) ошиновку на стороне 110 кВ выполняю гибким проводом марки АС-120 с Iдл.доп=380 А т.е. соблюдается условие (2.9) 80,42A < 380A
Выбор ошиновки на стороне 10 кВ
По формуле (2.10) находим рабочий ток на стороне 10 кВ:
По значению тока выбираем из справочника алюминиевую шину (три
полосы) с сечением 360 мм2 (6*60) с допустимым током нагрузки 1350 А,
что удовлетворяет условию формулы (2.9) (840,77<1350 А)
Проверяем шину на термическую стойкость
По формуле (2.13) нахожу тепловой импульс:
Определяем минимальное сечение шины по формуле (2.12)
Что удовлетворяет условию формулы (2.11)
)
т.е. выбранная шина будет термически устойчива при прохождении через нее
тока короткого замыкания.
3.3.2 Выбор электрических аппаратов
Выбор разъединителей.
Разъединитель - это коммутационный аппарат, предназначенный для создания видимого разрыва цепи. К разъединителям высокого напряжения при выборе предъявляются следующие условия :
· по номинальному напряжению
· по номинальному току
|Полученные результаты заносятся в таблицу 2.3
Выбираем разъединитель РНД(З)-110/1000.
Таблица 2.3 - Результаты расчетов выбора разъединителей 110 кВ
| Условие выбора | Расчет | Каталог |
| Uуст Uн | Uуст=110кВ | Uн=110кВ |
| IрабIн | Iраб=80,42А | Iн=1000А |
Расчет трансформатора напряжения
Трансформаторы напряжения выбираются по следующим условиям:
· по номинальному напряжению
· по вторичной нагрузке
где Sн- номинальная мощность, (ВА)трансформатора напряжения, которая находится по формуле:
(2.15)
где 
-нагрузка всех измерительных приборов и реле,
На сборных шинах КРУ установлены следующие приборы:
· Вольтметр для измерения межфазного напряжения
·Регистрирующий вольтметр
·Регистрирующий частотомер
Задается тип прибора, класс точности и по каталогу определяется потребляемая мощность
· Э-335 (класс точности 1,0) S=2 ВА
· Н-334 (класс точности 1,5) S=10 ВА
· Н-334 (класс точности 1,5) S=10 ВА
Суммарная мощность, потребляемая приборами, определяется по формуле
(2.15):
Исходя из полученного результата, выбирается трансформатор напряжения для приборов НТМИ-10-66-УЗ; SМ=150ВА; Uи=10кВ
Выбор выключателей
Выключатель - это аппарат, предназначенный для отключения и выключения цепей высокого напряжения в нормальных и аварийных режимах. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания.
Выключатели высокого напряжения выбираются по следующим условиям:
· по номинальному напряжению
по номинальному току
· по отключающей способности
· по электродинамической стойкости
,
где Iдини iдин - действительное и амплитудное значения (соответственно)
сквозного предельного тока короткого замыкания
· по тепловому импульсу
Полученные результаты, заносятся в таблицу (2.4) и из каталога
выбираются выключатели ВГТ-110/2500 и ВВ/ТЕL-10
Таблица 2.4 - Результаты расчетов выбора выключателей
| Условие выбора | Расчетные данные | Каталожные данные | Расчетные данные | Каталожные данные |
| 10 кВ | 10 кВ | 110 кВ | 110 кВ |
| 840,77 А | 1000 А | 80,42 А | 2500 А |
| 2,43 кА | 10 кА | 12,9 кА | 40 кА |
|
| 402,17 кА2-с | 800 ка2с | 42,85 кА2*с | 400 кА2*с |
Дальнейшее оборудование выбираем также по значениям номинального тока, напряжения и току короткого замыкания:
· Для ограничения перенапряжений устанавливаем перед силовым трансформатором разрядник марки: РВМГ-110-40/70
· Для защиты нейтрали силового трансформатора устанавливаем комплект
вентильных разрядников марки: РВ-35 и РВС-15
· Для заземления нейтрали выбираем однополюсный заземлитель ЗОН-
110М-У1
· Для ограничения перенапряжений устанавливаем перед трансформатором напряжения вентильный разрядник марки РВО-10
3.4 Выбор схемы собственных нужд
Электроустановка собственных нужд представляет собой ответственную
подсистему подстанции, т.к. отказы этой подсистемы могут привести к аварии на
подстанции, что в свою очередь может повлечь за собой отключение ответственных потребителей с нанесением предприятию большого хозяйственного ущерба. Электроустановки собственных нужд так же являются потребителями части трансформируемой подстанцией электроэнергии. Также на подстанции есть потребители 1-ой категории, а это приемники отключение которых может повлечь за собой нарушение нормального режима эксплуатации, к частичному или полному отключению или к авариям с повреждением основного оборудования. Согласно ПУЭ для питания этой категории необходимо два источника с автоматическим включением резерва (АВР), которая установлена на стороне 10 кВ. Таким образом устанавливаем два трансформатора собственных нужд, мощность которых определяем в соответствии с нагрузкой таблицы (2.5) и учетом допустимой перегрузки (коэффициента спроса К=1,4).При выполнении работ и отказе одного из трансформаторов. Присоединение трансформаторасобственных нужд осуществляется через предохранителе к вводам силовых трансформаторов.
Таблица 2.5 - Нагрузка собственных нужд ПС-72
| Электроприемники | Установленная мощность (кВт) | Количество приемников | Суммарная мощность (кВт) |
| Устройство подогрева выключателей | 1,75 | 3,5 | |
| Подогрев приводов разъединителей | 0,6 | 3,6 | |
| Обогрев шкафов КРУ | 0,6 | 7,2 | |
| Отопление и освещение ОПУ и КРУ | 5,5 |
По значению общей нагрузки собственных нужд выбираем мощности трансформаторов собственных нужд с учетом коэффициента спроса.
(2.16)
где Ррасч- расчетная мощность (кВт)
РСН- нагрузка собственных нужд (кВт)
Подставляя значения в формулу (2.16), получаем:
По расчетной мощности из каталога выбираем два трансформатора собственных нужд марки ТМ-63/10-У1
Схема питания собственных нужд представлена в приложении.
3.5 Описание отходящих от КРУ кабелей
Кабель - это готовое заводское изделие, состоящее из изолированных
токоведущих жил, заключенных в защитную оболочку, которая предохраняется
от механических повреждений броней.
Силовые кабели на напряжение до 35 кВ имеют от одной до четырех медных
или алюминиевых жил сечениями 1-2000мм2.Жилы сечениями до 16 мм2 -
многопроволочные, свыше - одно-проволочные. По форме сечения жилы
одножильных кабелей и кабелей с отдельно освинцованными жилами круглые, а
многожильных кабелей - сегментные или секторные.
Изоляция жил выполняется из кабельной бумаги, пропитанной маслоканифольным составом, резины, поливинилхлорида и полиэтилена. Кабели
с бумажной изоляцией, предназначенные для прокладки на вертикальных или
крутонаклонных трассах, имеют обедненную пропитку или пропитку на основе
церезина.
Защитная герметическая оболочка предохраняет изоляцию от вредного действия влаги, газов, кислот и механических повреждений. Оболочки делаются из свинца, алюминия, резины и поливинилхлорида. В кабелях напряжением 20 и 35 кВ каждая жила дополнительно заключается в свинцовую оболочку, что создает более равномерное электрическое поле и улучшает отвод тепла. Выравнивание электрического поля у кабелей с пластмассовой изоляцией и оболочкой достигается экранированием каждой жилы полупроводящей бумагой.
В кабелях на напряжение 1-35 кВ для повышения электрической прочности
между изолированными жилами и оболочкой прокладывается слой поясной
изоляции.
Броня кабелей, выполняемая из стальных лент или стальных оцинкованных
проволок, защищается от коррозии наружным покровом из кабельной пряжи,
пропитанной битумом и покрытой меловым составом.
От КРУ на дальнейшие распределительные устройства отходят кабели
следующих марок:
- АСБ - в свинцовой оболочке, с бумажной пропитанной изоляцией] бронированный стальными лентами, с защитным наружным покровом
- ААБ - в алюминиевой оболочке, с бумажной пропитанной изоляцией, бронированные двумя стальными лентами, с наружным покровом.
3.6 Расчет заземляющего устройства
Все металлические части электроустановок нормально не находящиеся под напряжением, но могущие оказаться под ним из-за повреждения изоляции должны надежно соединяться с землей. Такое заземление называется защитным, так как его целью является защита персонала от опасных напряжений прикосновения. Заземление обязательно для всех установок, находящихся на открытом воздухе, напряжением 500 В, а в помещениях с повышенной опасностью и наружных установок 36 В переменного тока. В электрических установках заземляются: корпуса электрических машин, аппаратов, шкафы, каркасы металлических щитов и другие металлические конструкции, связанные с
установкой электрооборудования.
Рабочее заземление предназначено для создания нормальных условий работы
аппарата или электроустановки. К рабочему заземлению относятся заземление
нейтрали трансформаторов, заземление разрядников и т.п.
Таким образом в целях выравнивания электрического потенциала и
обеспечения присоединения электрического оборудования к заземлению на
территории подстанции; отступая по 2 метра от забора, необходимо проложить
продольные и поперечные горизонтальные заземлители соединяя их между собой
в контур. Продольные заземлители необходимо проложить вдоль рядов электрооборудования со стороны обслуживания на глубине 0,5 - 0,7 м.
Поперечные заземлители следует прокладывать в удобных местах среди
оборудования на глубине 0,5 - 0,7 м. Расстояние между ним рекомендуется
увеличивать от периферий к центру заземляющей сетки, по проекту они
составляют 4,0; 5,0; 6,0 метров. Размеры ячеек заземляющей сетки не должны
превышать 6*6 метров. Внешнюю ограду подстанции, с помощью вертикальных
заземлителей длинной 2 - 3 метра, следует заземлить путем присоединения их к
стойкам ограды по всему ее периметру через 20 - 50 метров, при этом,
присоединяя их к заземляющей сетке.
Так как токи короткого замыкания на землю в электроустановках
проектируемой подстанции достаточно значительны, то расчет контура должен
производиться из условия термической стойкости заземляющих проводников.
Сечение заземляющих проводников должно быть таким, чтобы при прохождении
по ним токов короткого замыкания на землю, температура их за время
срабатывания основной защиты, без учета АПВ, не превышала максимально
допустимого значения 400 С.
В соответствии с общим правилом минимальное сечение проводников по допустимому нагреву током короткого замыкания определяется по формуле:
(2.17)
где Sмин- минимальное сечение проводника (мм)
tф- фиктивное время (сек)
Iкз-ток короткого замыкания (А)
С- постоянная из справочника (для стали С-74)
Фиктивное время рассчитывается по формуле:
(2.18)
где tвыкл-время отключения выключателя (0,05 сек)
tосн-время срабатывания основной защиты (0,5 сек)
Определяем фиктивное время по формуле (2.18):
Определяем минимальное сечение проводника по формуле (2.17):
Выбираем стальную полосу сечением 160 мм2 (40*4).
Согласно ПУЭ для установки напряжением выше 100 В, с большими: токами
замыкания на землю, сопротивление заземлителя не должно превышать 0,5 Ом
(Rз<0,5 Ом)
При расчете заземляющего контура, необходимо определить сопротивление
одной полосы, которое рассчитывается по формуле:
(2.19)
где R- сопротивление полосы (Ом)
1- длина полосы (3800 см)
b- ширина полосы (см)
t- глубина заложения (0,5 м)
рп- расчетное удельное сопротивление грунта на глубине заложения.
Расчетное удельное сопротивление грунта рассчитывается по формуле:
(2.20)
где К1 - коэффициент, учитывающий просыхание и промерзание грунта
K1=4,5
р- среднее удельное сопротивление грунта (10000 Ом*см)
По формуле (2.20) определяем расчетное удельное сопротивление грунта на глубине закладки полосы.:
По формуле (2.19) определим сопротивление одной полосы.
Сопротивление всех продольных полос определяется по формуле:
(2.21)
где Rпр.общ- сопротивление всех продольных полос (Ом)
- коэффициент использования, учитывающий влияние полос при
растекании с них тока (определяется по таблицам)
n-количество полос (n=5)
При длине полосы по таблице определяем коэффициент использования 
По формуле (2.21) находим сопротивление всех продольных полос:
Аналогично находим сопротивление одной поперечной полосы по формуле (2.19):
l=3000см; n=9; 
Сопротивление всех поперечных полос определяем по формуле (2.21):
Общее сопротивление всей сетки определяется по формуле:
(2.22)
где Rс- сопротивление сетки заземления (Ом)
- коэффициент использования ( 
)
Определяем сопротивление всей сетки по формуле (2.22):
Так как для обеспечения безопасных значений шагового и напряжения прикосновения, согласно ПУЭ Rз<0,5 Ом, а сопротивление полос образующих контур не удовлетворяет этому условию (0,5<1,47 Ом), то для того чтобы добиться этого условия необходимо использовать вертикальные заземлители.
В качестве вертикальных заземлителей выбраны стержни диаметром (d=2,5см)
и длиной (l=300 см).
Сопротивление одного стержня определяем по формуле:
(2.23)
t- глубина заложения (расстояние от поверхности до середины стержневого заземлителя t=200см)
Расчетное сопротивление грунта рассчитывается по формуле:
(2.24)
где К2- коэффициент, учитывающий просыхание и промерзание грунта
(К2=1,4)
Подставляя значения в формулу (2.24),получаем:
По формуле (2.23) определяем сопротивление стержня:
Определяем примерное число вертикальных заземлителей :
(2.25)
где n-необходимое число вертикальных заземлителей (шт)
-коэффициент использования стержневых заземлителеи, зависящий
от расстояния между стержнями, их длинны и количества электродов ( 
)
Определяем необходимое количество стержней по формуле (2.25):
Вывод: Для того, чтобы добиться условия R<0,5 Ом нужно дополнительно
забить 39 вертикальных заземлителей и соединить их с контуром заземления в местах пересечения горизонтальных полос, путем сварки.
3.7 Расчет молниезащиты подстанции
Молния представляет собой электрический разряд длинною в несколько
километров, развивающейся между грозовым облаком и землей или каким-
либо наземным сооружением. Величина тока молнии варьируется в широких пределах;в 50 % случаях (средний ток) 30 кА, а в 1-2 % случаев до 100 кА.
Прямой удар молнии вызывает следующие воздействия на объект:
· Электрическое -связанное с поражением людей электрическим током и
возникновение перенапряжений на поврежденном оборудовании. Даже
при выполненной молниезащите прямые удары молний с большими
токами могут привести к перенапряжению в несколько кВ, при
отсутствии молниезащиты пути растекания тока неконтролируемы и ее
удар может создать опасные поражения током, напряжение шага и
прикосновения, перекрытие на другие объекты.
· Термическое- связанное с резким увеличением и выделением теплоты
при прямом ударе молнии и контактом с содержимым объекта.
Выделенная энергия при этом примерно в 2 -3 раза превышает минимальную энергию воспламенения большинства газо- паро- и пылевоздушных смесей. Следовательно возникает опасность воспламенения (в некоторых случаях взрыва)
Механическое- обусловлено ударной волной распространяющей от канала молний
· Вторичные- проявление молний связаны с действием на объект электромагнитного поля близких зарядов и могут проявиться в вире очень высоких перенапряжений
· Зона высокого потенциала- могут представлять опасность для подъемных
коммуникаций при близких ударах, так как могу принять на себя часть
растекающегося в земле тока и занести их в объект.
Таким образом молниезащита представляет собой комплекс мероприятий
направленныйна предотвращение прямого удара молнии. Средством защиты от
прямых ударов молнии служит молниеотвод - устройство предназначенное на
непосредственный контакт с каналами молнии и отводящей их в землю по
контролируемым путям. Защитное действие молниеотвода основано на свойстве молнии с большей вероятностью поражать более высокие и хорошо заземленные предметы по сравнению с расположенными рядом объектами меньшей высоты.
3. 7.1 Расчет зоны защиты молниеотвода
На свойстве молнии поражать более высокие объекты, будет построена схема
молниезащиты подстанции 110/10 кВ. На подходах к подстанции
в качестве концевой опоры, установлена стальная двухцепная опора марки
УС110-6, высотой 29,7 метра. Опора кроме своего основного предназначения
выполняет функцию молниеотвода.
Для предотвращения прямого попадания молнии на электрооборудование
проектируемой подстанции необходимо определить радиусы защищаемых
участков молниеотводом по формуле:
(2.26)
где h-высота молниеотвода (м)
hx- высота защищаемого участка (м)
rx -радиус защищаемого участка (м)