Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания

Выбор комплектных распределительных устройств

Выбираем комплектное распределительное устройство КМ-1Ф на номинальное напряжение и ток U_н =6кВ,I_н=630А с выключателем ВМП-6-630-20 У3 с номинальными данными:

- напряжение U_н=6 кВ;

- номинальный ток I_н=630 А;

- ток отключения I_отк=20 кА;

- ток термической стойкости I_тер=10 кА;

- время термической стойкости t_тер=3 с.;

- ток динамической стойкости i_дин=52 кА.

Аппаратура распределительных устройств высокого и низкого напряжения выбирается по номинальному режиму работы и проверяется на действие токов к.з. К установке могут быть приняты только аппараты и проводники, отвечающие обоим требованиям.

Выбор по номинальному напряжению:

Должно соблюдаться условие: U_н.а.≥ U_н.у.

где U_н.а – номинальное напряжение аппарата, изолятора, кВ;

∆U_н.а – допустимое повышение напряжения сверх номинального, при котором завод-изготовитель гарантирует нормальную работу кабеля, аппарата или изолятора, кВ.

U_н.у. – номинальное напряжение установки, кВ

Выбор по номинальному току:

Условие выбора: I_м ≤ I_н.а.

где I_м – максимальный длительный ток нагрузки, А

I_н.а. – номинальный ток аппарата, А

Проверка на действие токов к.з.:

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГЭТК. 401-ЭЛ. 30. КП. 77д. ПЗ

- по термической стойкости

В_к ≤ I²_тер t_тер,

где В_к, кА² с, тепловой импульс определяется по формуле:

В_к=I_∞² t_п (31)

где t_п – приведенное время, с.

t_п= t_зт+t_ов+t_зл (32)

где t_зт – время срабатывания защиты, с;

t_ов – время отключения выключателя, с;

t_зл – время срабатывания защиты, с;

В_к=3,6²·0,2=2,6кА² с

- по электродинамической устойчивости

i_у<i_дин

Таблица 13 – Выбор выключателя

Выключатель BЭ-6-40/1600 У3(Т3)
Расчетные данные	Каталожные данные
U=6 кВ	Uн=6 кВ
Iрасч=54,6 А	Iн=630 А
iу=6,6 кА	iдин=52 кА
Вк=I∞2 tп=3,6²·0,2=2,6кА2 с	I2тер tтер=102 3=300 кА2 с

Выбор шин

Выбираем по расчетному току сечение шин АТ 15×3 с длительно допустимым током I_дл.доп=165А.

Сборные шины выбираются согласно ПУЭ по допустимому току, проверяются на динамическую и термическую устойчивость токам короткого замыкания.

При проверке шин по динамической устойчивости в наихудших условиях находится средняя шина, а так же все расчеты и выбор аппаратуры производится по наихудшим режимам работы, то расчетная сила F_расч, Н определяется по формуле:

F_расч=1,76 К_ф i_у² 10^-1, (33)

где L, a – длина и расстояние между токоведущими частями;

К_ф=1 – коэффициент формы шины.

F_расч=1,76 1 6,6² 10^-1 = 22 Н

Для камеры КМ – 1Ф L = 1000 мм, а = 350 мм

Шина проверяется на динамическую устойчивость по условию:

δ_расч≤ δ_доп

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГЭТК. 401-ЭЛ. 30. КП. 77д. ПЗ

где δ_расч= – расчетное наибольшее напряжение в металле, МПа;

W – момент сопротивления, см³;

W= – при расположении шин плашмя;

b,h – толщина и ширина шины, см.

W=

Расчетное напряжение на изгиб шины при коротком замыкании:

δ_расч=

δ_расч≤ δ_доп=80 МПа

Вывод: Шины динамически устойчивы к токам короткого замыкания.

Проверим шины на термическую устойчивость к токам короткого замыкания по минимальному сечению.

Минимальное сечение шин по условию термической устойчивости к токам короткого замыкания S_min, мм²:

S_min= , (34)

где С – коэффициент, соответствующий разности выделенного тепла в кабеле после и до токов короткого замыкания [3, с 245], С=88;

t_п - приведенное время, t_п=0,2 с.

S_min= = 58 мм²

Вывод: Выбранные шины по термической устойчивости проходят,

Выбор изоляторов

Выбираем изоляторы ИО-6-3,75 У3

Изоляторы проверяем по разрушающей силе:

F_разр=0,6 F_доп к_h, (35)

где F_разр – разрушающее механическое усилие, Н;

к_h – коэффициент формы, к_h=1 для шин плашмя.

F_разр=0,6 3,75 1=2,25 кН.

Так как расчетная сила F_расч=0,22кН<Fразр=2,25 кН, то можно принять к установке изоляторы ИО-6-3,75 У3.

Выбор и проверка по классу точности трансформатора тока

Трансформаторы тока выбираются по номинальному току и напряжению, конструктивному выполнению, классу точности и допустимой нагрузке и проверяются на динамическую и термическую устойчивость.

Трансформаторы тока выбираются:

- по напряжению

Uуст ≤ Uном,

- по току

Iнорм ≤ Iном;Imax ≤ Iном

Номинальный ток должен быть как можно ближе к рабочему току установки, так как недогрузка первичной обмотки трансформатора тока приводит к увеличению погрешностей.

- по электродинамической стойкости

i_у= i_динили i_у= ≤ k_дин∙I_1н (36)

где k_{дин -} кратность электродинамической стойкости по каталогу,

I_1н – номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока;

- по термической стойкости

Bк≤I²_терt_терили Bк≤ (k_тер∙ I_1ном)²∙ t_тер,

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГЭТК. 401-ЭЛ. 30. КП. 77д. ПЗ

Таблица 14 – Выбор трансформатора тока

Трансформатор тока ТВЛМ 6
Расчетные данные	Каталожные данные
Iр = 54,6 А	Iн1=75 Iн2=5А
U = 6 кВ	Uн=6 кВ
iу= 6,6 кА	iд=26,4 кА
Вк = 8,7 кА2∙ с	I2тер∙tтер=4,92 ∙ 1 = 24 кА2∙ с

Таблица 15 – Вторичная нагрузка трансформатора тока

Прибор	Кол.	Тип	Нагрузка по фазам
А	С
Амперметр		Э762		-
Счетчик активной энергии		СЗАУ-И670М	1,5	1,5
Счетчик реактивной энергии		СРЧ-И673М	1,5	1,5
Итого

Определяем сопротивление приборов по формуле

r_приб.=S_приб/ I²_ном2 , Ом (37)

r_приб.=6/5²=0,24 Ом

Определяем сопротивление приборов

r_пров= r_2н – r_приб– r_k , Ом (38)

где r_k– сопротивление переходных контактов, 0,1 ОМ

r_пров= 0,4– 0,24– 0,1 = 0,06 Ом

Определяем сечение соединительных проводов, мм²

S= , мм (39)

S = =5,1 мм²

Принимаем к установкеближайшее стандартное сечение провода S = 6 мм²

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГЭТК. 401-ЭЛ. 30. КП. 77д. ПЗ

Выбор и проверка по классу точности трансформаторов напряжения

Таблица 16 – Выбор трансформатора напряжения

Трансформатор напряжения типа НОМ– 6 – 77- У4
Расчетные данные	Каталожные данные
U = 6кВ	Uн = 6кВ
∑S =27 ВА	Sн2 =50ВА

Таблица 17 – вторичная нагрузка трансформатора напряжения

Тип прибора	Кол.	Мощность катушек P,Вт	cosφ	tgφ	∑Pприб,Вт	∑Qприб, Вар	∑S,ВА
Вольтметр
Счетчик		2х2	0,38	2,43		9,7	10,5
Счетчик		2х2	0,38	2,43		9,7	10,5
Итого		-	-	-		19,4

Вывод: Так как Sн2 > ∑S мы можем сделать вывод что трансформатор по классу точности напряжения проходит.

Рисунок 7 – Схема присоединения измерительных приборов к трансформатору тока

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГЭТК. 401-ЭЛ. 30. КП. 77д. ПЗ

2.9 Расчет заземляющего устройства

Расчет заземляющего устройства выполнен для цеховой подстанции. Сторона 6(10) кВ имеет изолированную нейтраль, а сторона на 0,4 кВ – глухозаземленную нейтраль.

Удельное сопротивление грунта в месте сооружения подстанции суглинок

ρ_из = 100 Ом ∙ м.

Сопротивление заземляющего устройства определяем из условия выполнения общего заземляющего устройства для напряжения 0,4 и 6 кВ.

Rэ = 125/Iз (40)

где Iз – ток однофазного замыкания на землю

Iз = , (41)

где U – линейное напряжение сети, кВ

- суммарная длина электрически связанных между собой кабельных и воздушных линий, км

Iз = = 12 А

Rз = 125/12 = 10,4 Ом

Сопротивление заземляющего устройства для сети 0,4 кВ с глухозаземленной нейтралью должно быть не более 4 Ом.

Расчетное удельное сопротивление грунта

ρ = ρ_из ∙ ψ_г,Ом∙м (42)

где ψ_г– расчетный коэффициент.

ρ = 100 ∙ 1,5 = 150 Ом∙м

Сопротивление естественных заземлителей составляет Rе = 10 Ом.

Так как значение сопротивления естественного заземлителя более 4 Ом, то следует применить дополнительные искусственные заземлители, сопротивление которых определяется по формуле

Ru= , Ом (43)

Ru = = 6,7 Ом

Для искусственных заземлителей принимают прутковые электроды диаметром d = 8 мм, длиной l = 5м.

Сопротивление одного электрода

Ro = 0,27 ∙ ρ,Ом (44)

Ro = 0,27 ∙ 150 = 40,5 Ом,

Отсюда определяем количество вертикальных электродов

n =

n = = 10,4≈10

Принимаем n = 10

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

ВГЭТК. 401-ЭЛ. 30. КП. 77д. ПЗ

Соединяются между собой соединительной полосой из стали 30х4 мм.

Внутренний контур заземления выполняется из полосовой стали 40х4 мм, ответвления выполняются полосовой сталью 25х4 мм.

Все соединения в заземляющем контуре выполнены сваркой.

К контуру заземления присоединяются все металлические конструкции: металлические колонны здания, трубопроводы, опорные швеллеры, подкрановые пути, вентиляционные воздуховоды, полосы крепления кабельных конструкций, металлические оболочки кабелей, корпуса электрических машин, трансформаторов, каркасы распределительных устройств, щитов управления, трубы электропроводки и т.д.