Выбор электрических аппаратов, изоляторов и шин

Все электрические аппараты, изоляторы, шины выбираются по номинальному напряжению, номинальному току и проверяются на электродинамическую и термическую стойкость.

6.1. Выбор и проверка выключателей напряжением свыше 1 кВ

Выбор выключателей осуществляем исходя из условий:

Выбираемая и проверяемая величина	Обозначение	Формулы для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ	Uном.а	Uном.а ≥ Uном.у
Номинальный ток, А	Iном.а	Iном.а ≥ Ip.max
Номинальный ток отключения, кА	Iном.от	Iном.от ≥ Ip.от
Номинальная мощность отключения, кВ-А	Sном.от	Sном.от ≥ S0.2
Допустимый ударный ток КЗ, кА	iдин	iдин ≥ I(3)у.расч
Ток термической стойкости, кА	Iтc	It ≥ I∞

Выбираем для установки на ОРУ-110 кВ выключатели типа

МКП-110Б-630-20У1.

Uном.а = 110 кВ ≥ Uном.у = 110 кВ; Iном.а = 630 А ≥ Ip.max = 56,13 А; Iном.от = 20 кА ≥ Ip.от = 4,74 кА; iдин = 20 кА ≥ I(3)у.расч = 13,423 кА; It = 20 кА ≥I∞ = 6,024 =2.55кА.

Выбираем для установки на ОРУ-35 кВ выключатели типа С-35М-630-10.

Uном.а = 35 кВ ≥ Uном.у = 35 кВ; Iном.а = 630 А ≥ Iном.от = 10 кА ≥ Ip.от = 1.519 кА; iдин = 10 кА ≥ I(3)у.расч = 3.85 кА; It = 10 кА ≥ I∞ = 1,519 = 0,64 кА.

На стороне 6,6 кВ (на стороне ЦПП) принимаем КРУ типа КМ1Ф-6-20У3.

U_ном.а = 6 кВ ≥ U_ном.у = 6 кВ;

I_ном.а = 630 А ≥ ;

I_ном.от = 16 кА ≥ I_p.от = 0,703 кА;

i_дин = 51 кА ≥ I⁽³⁾_у.расч =1.784 кА.

На стороне 6,3 кВ (на стороне потребителей поверхности) принимаем КРУ типа КМ1Ф-6-20У3.

U_ном.а = 6 кВ ≥ U_ном.у = 6 кВ;

I_ном.а = 630 А ≥ ;

I_ном.от = 16 кА ≥ I_p.от = 3,98 кА;

i_дин = 51 кА ≥ I⁽³⁾_у.расч = 10,1 кА.

6.2. Выбор и проверка разъединителей

Выбор разъединителей осуществляем исходя из условий:

Выбираемая и проверяемая величина	Обозначение	Формулы для выбора и проверки
Номинальное напряжение, кВ	Uном.а	Uном.а ≥ Uном.у
Длительный номинальный ток, А	Iном.а	Iном.а ≥ Ip.max
Допустимый ударный ток КЗ, кА	iдин	iдин ≥ I(3)у.расч
Ток термической стойкости, кА	Iтc	It ≥ I∞

Выбираем для установки на ОРУ-110 кВ разъединители типа РНД(3)-110/1000.

Uном.а = 110 кВ ≥ Uном.у = 110 кВ; Iном.а = 1000 А ≥ Ip.max = 56.13 А; iдин = 80 кА ≥ I(3)у.расч = 13.423 кА; It = 31,5 кА ≥I∞ = 6,024 = 2,55 кА.

Выбираем для установки на ОРУ-35 кВ разъединители типа РНД(3)-35/1000.

Uном.а = 35 кВ ≥ Uном.у = 35 кВ; Iном.а = 630 А ≥ ; iдин = 63 кА ≥ I(3)у.расч = 3.85 кА; It = 25 кА ≥I∞ = 1,519 = 0,644 кА.

6.3. Выбор изоляторов и шин

Все изоляторы выбираются по номинальному напряжению, роду установки и допустимой механической нагрузки. Проходные изоляторы дополнительно выбирают по номинальному току, проверяются на электродинамическую и термическую стойкость.

Выбор шин и изоляторов на стороне потребителей поверхности.

Определим ударную нагрузку при трехфазном токе КЗ:

где l - длина пролета между изоляторами, см; а- расстояние между шинами, см.

Выбираем опорный изолятор типа ОФ-6-375.

Uном.из = 6 кВ ≥ Uном.с = 6 кВ; F(3)доп = 375 кН ≥ 0,6∙F(3)р = 26.12 Н.

Выбираем проходной изолятор типа П-6/400-375.

Uном.из = 6 кВ ≥ Uном.с = 6 кВ; F(3)доп = 375 кН ≥ F(3)р = 43.53 Н; Iном.а = 400 А ≥ Ip.max = 379.145 А.

Сечение шин выбирают по нагреву, длительным максимальным токам нагрузки и проверяют на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ, а также на устойчивость к механическим усилиям, возникающим в шинах от собственных колебаний.

Предварительно принимаем алюминиевые шины 100x8 однополосные.

Проверка на длительно допустимый ток:

≥ I_p.max = 356,06 А,

где - поправочный коэффициент при расположении шин плашмя, принимается равным 0,95; - поправочный коэффициент для многополосных шин, принимаем равным 1 для однополосных шин; - поправочный коэффициент для шин при температуре окружающей среды, отличной от +25°С (для t = +20°С, =1,05); - длительно допустимый ток для одной полосы при температуре шины = +70° С, температуре окружающей среды = +25° С.

Проверка на динамическую стойкость:

,

где - расчетное напряжение в шине; - допустимое напряжение в шине.

Порядок определения :

а) определим ударную нагрузку при трехфазном токе КЗ:

б) определим изгибающий момент (при числе пролётов больше двух):

;

в) определим момент сопротивления (при установке шин плашмя):

,

где b и h - соответственно толщина и ширина шины, см.

г) определяем расчетное сопротивление на изгиб:

.

Сравниваем полученное значение с допустимым: 32.7 < 65 (алюминий АТ).

Определим минимальное сечение шин по условию термической стойкости:

где α – термический коэффициент (для алюминия α = 11).

Проверяем шины на термическую стойкость по условию:

S_min < S → 15.84 < 800 .

Выбор шин и изоляторов на стороне ЦПП.

Определим ударную нагрузку при трехфазном токе КЗ:

Выбираем опорный изолятор типа ОФ-6-375.

Uном.из = 6 кВ ≥ Uном.с = 6 кВ; F(3)доп = 375 кН ≥ 0,6∙F(3)р = 1.12 Н.

Выбираем проходной изолятор типа П-10/630-750.

Uном.из = 10 кВ ≥ Uном.с = 6 кВ; F(3)доп = 750 кН ≥ F(3)р = 1.12 Н; Iном.а = 630 А ≥ Ip.max = 360.91 А.

Сечение шин выбирают по нагреву, длительным максимальным токам нагрузки и проверяют на электродинамическую и термическую стойкость к токам КЗ, а также на устойчивость к механическим усилиям, возникающим в шинах от собственных колебаний.

Предварительно принимаем алюминиевые шины 40x4 однополосные.

Проверка на длительно допустимый ток:

≥ I_p.max = 453,18 А.

Проверка на динамическую стойкость.

Порядок определения :

а) определим ударную нагрузку при трехфазном токе КЗ:

б) определим изгибающий момент (при числе пролётов больше двух):

;

в) определим момент сопротивления (при установке шин плашмя):

,

где b и h - соответственно толщина и ширина шины, см.

г) определяем расчетное сопротивление на изгиб:

.

Сравниваем полученное значение с допустимым: 18.7 < 65 (алюминий АТ).

Определим минимальное сечение шин по условию термической стойкости:

где α – термический коэффициент (для алюминия α = 11).

Проверяем шины на термическую стойкость по условию:

S_min < S → 3.28 < 160 .

6.4. Выбор и проверка трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают:

1) по номинальному напряжению U_ном.ТТ ≥ U_ном.у;

2) по первичному номинальному току I_1.ном ≥ I_p.max;

При питании от мощных энергосистем для обеспечения устойчивости к динамическим воздействиям тока КЗ принимают

I_1.ном = (5-10)I_p.max;

3) по роду установки;

4) по классу точности: при этом учитываются тип и назначение присоединяемых приборов;

5) по вторичной нагрузке

S_2ном ≥ S_2расч,

где S_2ном - допустимая (номинальная) нагрузка вторичной обмотки ТТ; S_2расч - расчетная нагрузка вторичной обмотки ТТ в нормаль­ном режиме.

где - номинальный ток вторичной обмотки (по каталогу); - полное допустимое сопротивление внешней цепи,

,

где - сумма сопротивлений последовательно включенных обмоток приборов и реле; - допустимое сопротивление соедини­тельных проводов; - сопротивление контактов, = 0,1 Ом.

Рассчитаем допустимое сопротивление соединительных проводов. Максимальная длина соединительных проводов l = 10 м; минимальное рекомендуемое сечение для алюминиевого провода s = 2,5 мм², удельное сопротивление ρ = 0,028 Ом∙мм²/м.

Для ТТ, расположенных при понизительных силовых трансформаторах, во вторичной цепи используются амперметр, ваттметр, варметр, счетчик активной энергии. Сопротивления приборов: амперметра – 0,02 Ом; вольтметра – 0,08 Ом; ваттметра – 0,08 Ом; варметра – 0,32 Ом; счетчика ватт-часов – 0,48 Ом.

Определим полное допустимое сопротивление цепи понизительных силовых трансформаторов:

.

Для напряжения 110 кВ.

Выбираем трансформатор тока ТФНД-110-100/5.

Uном.ТТ = 110 кВ ≥ Uном.у = 110 кВ; I1.ном = 100 А ≥ Ip.max = 56.13 А; S2ном = 30 ВА ≥ S2расч = 52∙1,224 =30,6 ВА; Кд = 150 ≥ I(3)у/ I1.ном = 13423/1,41∙100 = 95.2; Ктс = 75 ≥(I∞ )/(I1.ном ) = 6024 /100 = 14.75.

Для напряжения 35 кВ.

Выбираем трансформатор тока ТФЗМ35Б-I.

Uном.ТТ = 35 кВ ≥ Uном.у = 35 кВ; I1.ном = 300 А ≥ Ip.max = 62.024 А; S2ном = 30 ВА ≥ S2расч = 52∙1,224 = 30,6 ВА; Кд = 150 ≥ I(3)у/ I1.ном =3850/(1,41∙300) = 7.41; Ктс = 75 ≥(I∞ )/(I1.ном ) = 1519 /(300 ) = 1,24.

Для напряжения 6 кВ (на стороне ЦПП).

Выбираем трансформатор тока ТПОЛ-10. Для обеспечения номинальной мощности во вторичной цепи нагрузку распределяем по двум обмоткам ТТ

Uном.ТТ = 10 кВ ≥ Uном.у = 6,6 кВ; I1.ном = 600 А ≥ Ip.max = 360.91 А; S2ном = 10 ВА ≥ S2расч = 52∙0,38 = 9,5 ВА; Кд = 81 ≥ I(3)у/ I1.ном = 1784/(1,41∙600) = 1.72; Ктс = 32 ≥(I∞ )/(I1.ном ) = 703 /(600 ) = 0,29.

Для напряжения 6 кВ (на стороне потребителей поверхности).

Выбираем трансформатор тока ТПОЛ-10. Для обеспечения номинальной мощности во вторичной цепи нагрузку распределяем по двум обмоткам ТТ

Uном.ТТ = 10 кВ ≥ Uном.у = 6,6 кВ; I1.ном = 600 А ≥ Ip.max = 379,145А; S2ном = 10 ВА ≥ S2расч = 52∙0,38 = 9,5 ВА; Кд = 81 ≥ I(3)у/ I1.ном = 8614/(1,41∙600) = 10.18; Ктс = 32 ≥(I∞ )/(I1.ном ) = 3394 /(600 ) = 1,39.

Проверка выбранных трансформаторов осуществляется в следующей последовательности:

1) определяется расчетный первичный ток

I_1расч = k_α I_p.max,

где I_p.max - максимальный ток, проходящий через ТТ при КЗ в таких точках защищаемой сети, где увеличение погрешности ТТ сверх допустимой может вызвать срабатывание защиты; k_α - коэффициент, учитывающий влияние переходных процессов на быстродействующие защиты.

Для токовой отсечки и максимально токовых защит с независимой выдержкой времени

I_1max = 1,1 I_cp.з (k_т /k_сх),

где I_cp.з - вторичный ток срабатывания защиты; k_т - коэффициент трансформации ТТ; 1,1 - коэффициент, учитывающий возможное уменьшение вторичного тока на 10% из-за погрешностей ТТ; k_сх - коэффициент схемы.

Коэффициент k_α принимается равным: для дифференциальных защит с БНТ (быстронасыщающийся трансформатор) k_α = 1.

Ток срабатывания защиты определяется как:

I_СР.З1 = k_н I_ном,

где k_н = 1,3-2,0 – коэффициент надёжности отстройки; I_ном – номинальный ток силового трансформатора.

I_СР.З2 = k_н I_НБрасч,

где I_НБрасч – расчётный ток небаланса:

I_НБрасч = I_{1НБрасч} + I_{2НБрасч},

гдеI_{1НБрасч}– ток небаланса, определяемый погрешностями ТТ:

I_{1НБрасч} = k_аk_однδI_кз.max,

где k_а - коэффициент, учитывающий влияние на быстродействующие защиты переходных процессов при КЗ; k_одн - коэффициент однотипности работы, при токах отличных от номинальных k_одн = 1, а при токах, близких к номинальным k_одн = 0,5; δ = 0,1 – погрешность ТТ; I_{2НБрасч} - расчетный ток небаланса, определяемый изменением коэффициента трансформации защищаемого трансформатора:

I_{2НБрасч} = 0,1I_кз.max.

2) определяется расчётная кратность первичного тока

m = I_1расч /(0,8I_1.ном);

3) по кривым 10%-ной кратности для данного типа ТТ и данного коэффициента трансформации по расчётной кратности определяется допустимая нагрузка на вторичную обмотку ТТ;

4) сравниваются фактическая и допустимая нагрузки.

Для напряжения 110 кВ.

I_СР.З1 = k_н I_ном = 1,7∙56.13 = 95.42 А;

I_{1НБрасч} = k_аk_однδI_кз.max = 1∙1∙0,1∙6024 = 602.4 А;

I_{2НБрасч} = 0,1I_кз.max = 0,1∙6530 = 602.4 А;

I_НБрасч = I_{1НБрасч} + I_{2НБрасч} = 602.4 + 602.4 = 1204.8 А;

I_СР.З2 = k_н I_НБрасч = 1,7∙1204.8 = 2048.16 А;

I_1max = 1,1 I_cp.з (k_т /k_сх) = 1,1∙2048.16/1,76 = 1280.1 А;

I_1расч = k_α I_1max = 1∙1280.1= 1280.1 А;

m_расч = I_1расч /(0,8I_1.ном) = 1280.1/ (0,8∙100) =16;

= 1 Ом ≥

Трансформатор тока ТФНД-110выбран правильно.

Для напряжения 35 кВ.

I_СР.З1 = k_н I_ном = 1,7∙62.024= 105.424 А;

I_{1НБрасч} = k_аk_однδI_кз.max = 1∙1∙0,1∙1519= 151.9А;

I_{2НБрасч} = 0,1I_кз.max = 0,1∙1519= 151.9А;

I_НБрасч = I_{1НБрасч} + I_{2НБрасч} = 151.9 + 151.9 = 303.8 А;

I_СР.З2 = k_н I_НБрасч = 1,7∙303.8 = 516.46 А;

I_1max = 1,1 I_cp.з (k_т /k_сх) = 1,1∙516.46/1,76 = 322.79 А;

I_1расч = k_α I_1max = 1∙357 = 322.79 А;

m_расч = I_1расч /(0,8I_1.ном) = 322.79 / 0,8∙300 = 1.345;

= 8 Ом ≥

Трансформатор тока ТФЗМ35Б-I выбран правильно.

Для напряжения 6 кВ (на стороне ЦПП).

I_СР.З1 = k_н I_ном = 1,7∙360.91 = 613.547 А;

I_{1НБрасч} = k_аk_однδI_кз.max = 1∙1∙0,1∙703= 70.3А;

I_{2НБрасч} = 0,1I_кз.max = 0,1∙703 =70.3 А;

I_НБрасч = I_{1НБрасч} + I_{2НБрасч} = 70.3 + 70.3= 140.6 А;

I_СР.З2 = k_н I_НБрасч = 1,7∙140.6 = 239.02 А;

I_1max = 1,1 I_cp.з (k_т /k_сх) = 1,1∙239.02 /1,76= 149.39 А;

I_1расч = k_α I_1max = 1∙149.39 = 149.39 А;

m_расч = I_1расч /(0.8I_1.ном) =149.39 / 0,8∙600 = 0.311;

= 10 Ом ≥

Трансформатор тока ТПОЛ-10 выбран правильно.

Для напряжения 6 кВ (на стороне потребителей поверхности).

I_СР.З1 = k_н I_ном = 1,7∙379,145= 644.547 А;

I_{1НБрасч} = k_аk_однδI_кз.max = 1∙1∙0,1∙3394=339.4 А;

I_{2НБрасч} = 0,1I_кз.max = 0,1∙3394 = 339.4 А;

I_НБрасч = I_{1НБрасч} + I_{2НБрасч} = 339.4 + 339.4 = 678.8 А;

I_СР.З2 = k_н I_НБрасч = 1,7∙678.8= 1153.96 А;

I_1max = 1,1 I_cp.з (k_т /k_сх) = 1,1∙1153.96/1,76 = 721.225 А;

I_1расч = k_α I_1max = 1∙721.225 = 721.225 А;

m_расч = I_1расч /(0.8I_1.ном) = 721.225/ 0,8∙600 = 1.503;

= 10 Ом ≥

Трансформатор тока ТПОЛ-10 выбран правильно.

6.5 Выбор и проверка трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения выбирают:

1) по номинальному напряжению;

2) по классу точности: класс точности ТН определяет питаемый от него прибор с высшим классом точности;

3) по роду установки и конструкции;

4) по схеме соединения обмоток.

Проверяют ТН по вторичной нагрузке подключенных приборов:

S_2ном ≥ S₂,

где S_2ном-номинальная мощность ТН в принятом классе точности; S₂ - расчетная вторичная нагрузка ТН.

где - полная суммарная мощность приборов, присоединенных к ТН. Мощность приборов: вольтметр - 2 ВА, ваттметр - 2 ВА, варметр - 2 ВА, фазометр - 5 ВА, счетчик ватт-часов – 2,5 ВА.

В случае незначительного расхождения приборов можно принять S₂=

Для установки на напряжение 110 кВ принимаем трансформатор типа НКФ-110-57 с техническими характеристиками:

Класс точности 0,5.

Для установки на напряжение 35 кВ принимаем трансформатор типа ЗНОМ-35-65 с техническими характеристиками:

Класс точности 0,5.

Принимаем трансформатор для установки на напряжение 6 кВ типа НТМИ-6-66У3 с техническими характеристиками:

Класс точности 0,5.