Для крепления изоляторов на промежуточных опорах, на металлических траверсах применяют штыри типа Ш-12 и ШУ-21, ШУ-22 для промежуточных, анкерных, угловых и концевых опор.

Устанавливаем следующие типы опор:

промежуточные: П10 - 35;

концевые: К20 - 1Б.

Низковольтные линии для питания сельскохозяйственных потребителей U = 220/380 В выполняются пятипроводными с глухозаземленной нейтралью.

ВЛ 0.38 кВ выполняются на железобетонных опорах с расстоянием между опорами не более 40 м. Расстояние между проводами в пролете не менее 400 мм.

Трассу ВЛ 0.38 кВ нужно прокладывать по одной стороне улицы. Можно не соблюдать это условие, в целях уменьшения количества опор, длины ВЛ, трудности монтажа.

Устанавливаем следующие типы опор:

промежуточные: П1;

концевые: К1;

ответвительные: О1;

угловые промежуточные: УП1;

перекрестные промежуточные: ПК1.

Данные по арматуре ВЛ 0.38 кВ сведены в таблицу 8.1.

Таблица 8.1 - Изоляторы и крюки для крепления проводов линии

0.38 кВ

Марка и сечение провода	Тип изолятора	Тип крюка	Назначение
А35	ТФ - 16	КН - 16	Для крепления проводов ответвлений и магистрали.
А50	ТФ - 20	КН - 18	Для крепления проводов магистралей.

В качестве ТП используется КТП, однотрансформаторная с трехфазным двухобмоточным трансформатором типа ТМ.

На КТП применяются следующих электрические аппараты:

разъединитель с заземляющим потоком (устанавливается на концевой опоре 10 кВ);

вентильный разрядник (для защиты электрооборудования от атмосферных перенапряжений);

предохранители;

Предохранители устанавливают во вводном устройстве ВН, обеспечивающего защиту трансформатора от многофазных коротких замыканий. Предохранители соединены соответственно с проходными изоляторами и силовым трансформатором.

9. Расчет токов короткого замыкания для первой зоны

Расчет токов короткого замыкания производится для решения следующих основных задач:

выбор и оценка схемы электрических соединений;

выбор аппаратов и проверка проводников по условиям их работы при коротком замыкании;

проектировании защитных заземлений;

подбор характеристик разрядников для защиты от перенапряжений;

проектирование и настройка релейных защит.

Расчет токов короткого замыкания выполняем по методике, изложенной в пункте 1.8. Расчет в относительных единицах производим в относительных единицах.

9.1 Составление расчетной схемы и схемы замещения

Пользуясь схемами сетей 10 кВ и 0.38 кВ (рисунки 4.1 и 4.2) составляем расчетную схему токов короткого замыкания (рисунок 9.1) для первой зоны населенного пункта:

Рисунок 9.1 - Расчетная схема

Далее на основании расчетной схемы составляем схему замещения (рисунок 9.2), в которой для каждого элемента указывается его сопротивление.



Рисунок 9.2 - Схема замещения

9.2 Расчет токов КЗ

Принимаем базисную мощность S_б = 100 мВА.

Определяем сопротивления элементов схемы замещения.

Для нашего случая S_к = 6000МВА. Тогда сопротивление системы определяется как:

(9.1)

Получаем

Сопротивление линии z_*л определяется по следующей формуле:

(9.2)

где r_*л - активное сопротивление линии, Ом;

x_*л - индуктивное сопротивление линии, Ом.

r_*л и x_*л определяются следующим образом:

(9.3)

(9.4)

где r₀, x₀ - удельное активное и индуктивное сопротивления линии, Ом/км;

l - длина линии, км;

U_ср - среднее напряжение, принимается U_ср=1,05^.U_н=1,05^.10=10,5 кВ.

Рассчитываем сопротивления линии 10 кВ:

Аналогичным образом рассчитываем сопротивления линии на других участках. Полученные данные сводим в таблицу 9.1.

Таблица 9.1 - Сопротивления линии 10 кВ

N участка	l, км	r0, Ом/км	x0, Ом/км	r*л	x*л
1	24	0,246	0,324	5.264	7.05
2	3	0,308	0,322	0.84	0.88
Суммарное	-	-	-	6.1	7.93

Определяем z_*тр:

(9.5)

Подставляя числовые значения, получаем:

Рассчитываем сопротивления линии 0,38 кВ по формулам 9.3 и 9.4. Результаты расчетов сводим в таблицу 9.2.

U_ср = 1,05^.U_н = 1,05^.0,38 = 0,4.

Таблица 9.2 - Сопротивления линии 0,38 кВ

N участка	l, км	r0, Ом/км	x0, Ом/км	r*л	x*л
1	0.26	0,576	0,297	93.6	48.3
2	0.096	0,830	0,308	49.8	18.48
3	0.056	1,140	0,319	39.9	11.2
Суммарное	-	-	-	183.3	77.98

По формуле 9.2 определяем результирующие сопротивления z_*рез для каждой точки КЗ:

К1:

x_*рез1=x_*c+ x_*л1+ x_*л2

x_*рез1=0,17+5.264+0,84=6,3

r_*рез1=r_*л1+ r_*л2+

r_*рез1 =7,05+0,88=7,93

z_*рез1=

К2:

x_*рез2=x_*рез1+ x_*тр

x_*рез2=6,3+45=51,3

r_*рез2=7,93

z_*рез1=

К3:

x_*рез3=x_*рез2+ x_*л1+ x_*л2+ x_*л3

x_*рез3=51,3+93,6+49,8+39,9=234,6

r_*рез3=r_*рез2+ r_*л1+ r_*л2+ r_*л3

r_*рез3=7,93+48,3+18,48+11,2=85,9

z_*рез1=

Рассчитываем токи короткого замыкания для точки К1 и К2. Они определяются следующим образом:

ток 3-х фазного короткого замыкания:

(9.6)

где I_б - базисный ток, А:

(9.7)

где U_б - базисное напряжение,

принимаем для К1 U_б = 1.05^.Uн = 1.05^.10 = 10.5 кВ,

для К2 U_б = 1.05^.Uн = 1.05^.0,38 = 0,4 кВ;

Получаем:

К1:

К2:

Определяем ударные токи для точек К1 и К2:

(9.8)

где kу - ударный коэффициент, принимаем для сети 10 кВ k_у = 1.

Получаем:

К1:

К2:

Определяем полную мощность короткого замыкания для точек К1 и К2:

(9.9)

Получаем:

К1:

К2:

Для точки К1 рассчитываем однофазное КЗ. Определяем ток однофазного короткого замыкания по следующей формуле:

(9.10)

где U_ф - номинальное фазное напряжение сети, U_ф = 380 В;

z_тр - сопротивление трансформатора току однофазного короткого замыкания, Ом. Для данного трансформатора z_тр = 1,07 Ом [1];

z_п - полное сопротивление петли «фаза-нуль», Ом.

Полное сопротивление петли «фаза-нуль» определяем по формуле:

(9.11)

В данном случае

r_ф=r_н=r₀l=0,576•0,26+0,83•0,096+1,140•0,056=0,29

х_ф=х_н=х₀l=0,297•0,26+0,308•0,096+0,319•0,056=0,12

Подставляем полученные значения в формулу 10.22, получаем:

Тогда ток однофазного КЗ равен:

10. Выбор аппаратуры подстанции

После выбора типа и мощности ТП, расчета токов короткого замыкания производим выбор оборудования ТП.

Для обеспечения надежной работы электрические аппараты должны быть выбраны по условиям максимального рабочего режима и проверены по режиму токов короткого замыкания.

Составляем схему электрических соединений подстанции (Рисунок 10.1), на которой показываем все основные электрические аппараты. Расчет сводится к сравнению каталожных величин аппаратов с расчетными.

Рисунок 10.1 - Схема электрических соединений ТП

В соответствии с ПУЭ электрические аппараты выбирают по следующим параметрам:

Разъединители выбирают по:

номинальному напряжению: U_н ?U_н.уст.;

конструкции и роду уставок;

номинальному току: I_н ?I_р.макс.;

условию динамической устойчивости: i⁽³⁾_макс. ? i⁽³⁾_у;

условию термической устойчивости: I_t^.t ? I⁽³⁾_к^.t_ф.

Плавкие предохранители выбирают по:

номинальному напряжению: U_н ? U_н.уст.;

номинальному току плавкой вставки;

роду установки;

предельному отключающему току: I_откл. ? I⁽³⁾_к.

3. Разрядники выбирают по:

номинальному напряжению: U_н ? U_н.уст.;

защитным характеристикам.

4. Рубильники выбирают по:

номинальному напряжению: U_н ? U_н.уст.;

номинальному току: I_н ?I_р.макс.;

5. Автоматические выключатели выбирают по:

номинальному напряжению: U_н.авт. ?U_н.уст.;

номинальному току: I_н.авт. ?I_р.макс.;

проверке на динамическую устойчивость: I_{пред.авт.} ?i⁽³⁾_у;

Расчет ведем по первой зоне.

Таким образом для выбора электрической аппаратуры нам необходимо рассчитать следующие параметры:

максимальный рабочий ток определяется по следующей формуле:

(10.1)

где S_н.тр. - номинальная мощность трансформатора, кВА;

U_н - номинальное напряжение трансформатора, кА;

Получаем:

фиктивное время отключения определяется следующим образом:

(10.2)

где t_защ. - выдержка времени защиты на питающей стороне линии 10 кВ, принимаем для МТЗ t_защ. = 1.2c;

t_в. - собственное время отключения выключателя, принимаем t_в. = 0.2с.

Получаем:

Далее, используя полученные значения, производим выбор аппаратуры. Результаты выбора сводим в таблицы.

Таблица 10.1 - Выбор разъединителя

Показатель	Каталожная величина	Расчетная величина	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ	10	10	10 ?10
Номинальные ток, А	200	20.7	200 ? 20.7
Ток динамической устойчивости, кА	20	0.76	20 ?0.76
Ток термической устойчивости, кА2.с	60	1.14	60 ?1,14

Принимаем к установке:

разъединитель наружной установки РЛНДА - 10/200 Y1;

Таблица 10.2 - Выбор высоковольтного предохранителя

Показатель	Каталожная величина	Расчетная величина	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ	10	10	10 ? 10
Номинальные ток плавких вставок, А	30	20.7	30 ? 20.7
Предельный отключаемый ток, А	15	1.14	15 ?1,14

Принимаем к установке:

предохранитель типа ПСН-10.

Таблица 10.3 - Выбор разрядника

Показатель	Каталожная величина	Расчетная величина	Условия выбора
Номинальное напряжение (ВН), кВ	10	10	10 ? 10
Номинальное напряжение (НН), кВ	0.5	0.38	0.5 ? 0.38

Принимаем к установке на КТП:

на стороне ВН - разрядник РВП-10;

на стороне НН - разрядник РВП-0.5.

Таблица 10.4 - Выбор автоматического выключателя

Показатель	Каталожная величина	Расчетная величина	Условия выбора
Номинальное напряжение, кВ	0.38	0.38	0.38 ? 0.38
Номинальные ток, А	25	20.7	25?20.7
Предельный отключаемый ток, А	1.6	0.78	1,6 ?0.78

Принимаем к установке для КТП:

- автоматический выключатель АЕ-2030.

11. Защита от перенапряжений и заземление

11.1 Защита от перенапряжений

Большая протяженность сельских линий повышает вероятность атмосферных перенапряжений в них в грозовой сезон и служит основной причиной аварийных отключений.

Трансформаторные подстанции 10/0.38 кВ не защищаются молниеотводами. Для защиты ТП от перенапряжений применяют вентильные и трубчатые разрядники на 10 кВ [3].Для тупиковых ТП на вводе устанавливают вентильные разрядники FU.

На ВЛ в соответствии с ПУЭ, в зависимости от грозовой активности устанавливается защитное заземление (в условиях РБ через 2 на третей опоре или через 120 м), сопротивление заземления - не более 30 Ом.

На линях с железобетонными опорами крюки, штыри фазных проводов и арматуру соединяют с заземлением.

Защита оборудования ТП со стороны ВН осуществляется вентильными разрядниками РВП-10, со стороны НН - РВН-0.5.

11.2 Заземление

Согласно ПУЭ, расстояние между грозозащитным заземлением на ВЛ - 0.38 кВ должно быть не более 120 м. Заземление устанавливается на опорах ответвлений в здания, где может находиться большое количество людей, и на расстоянии не менее 50 м от конечных опор.

Диаметр заземляющего провода не менее 6 мм, а сопротивление одиночного заземлителя - не более 30 Ом.

Повторное заземление рабочего проводника должно быть на концах ВЛ или ответвлениях от них длиной более 200 м, на вводах в здание, оборудование которых подлежит занулению.

Сопротивление заземления ТП не должно превышать 4 Ом, с учетом всех повторных, грозозащитных и естественных заземлений.

11.3 Расчет заземления ВЛ 0.38 кВ и контура КТП

11.3.1 Определение расчетного сопротивления грунта для

стержневых электродов

Расчетное сопротивление грунта для стержневых электродов определяюется по следующей формуле:

(11.1)

где K_c - коэффициент сезонности (таблица [6]), принимаем K_c = 1.15;

K₁ - коэффициент учитывающий состояние земли во время исзмерения (таблица [6]), принимаем K_c = 1;

_изм. - удельное сопротивление грунта, Ом/м;

Получаем:

11.3.2 Расчет сопротивления вертикального заземлителя из

круглой стали

Сопротивление вертикального заземлителя из круглой стали определяется по следующей формуле:

(11.2)

где l - длина заземлителя, принимаем, l = 5 м;

d - диаметр заземлителя, принимаем d = 12 мм;

h_ср - глубина заложения стержня, т.е. расстояние от поверхности земли до середины стержня: h_ср = l/2 + h' = 2.5 + 0.8 = 3.3 м;

h' - глубина заглубления электрода, принимаем h' = 0.8 м;

Получаем:

11.3.3 Сопротивление повторного заземлителя

При ?100 Ом^.м сопротивление повторного заземлителя определяется по следующей формуле:

(11.3)

Получаем:

11.3.4 Расчет общего сопротивления всех повторных заземлителей

Общее сопротивление всех повторных заземлителей определяется следующим образом:

12. Защита отходящих линий 0.38 кВ

Основные аппараты защиты сетей 0.38 кВ от коротких замыканий - плавкие предохранители и автоматические выключатели. Учитывая, что сеть 0.38 кВ работает с глухозаземленной нейтралью, защиту от коротких замыканий следует выполнять в трехфазном исполнении, предохранители или расцепители автоматов устанавливать в каждой фазе. При наличии максимального расцепителя автомата в нулевом проводе он должен действовать на отключение всех трех фаз, и в этом случае допускается устанавливать два расцепителя для защиты от междуфазных коротких замыканий. В качестве устройств защиты от перегрузок используют те же аппараты, однако тепловой расцепитель автоматического выключателя действует более надежно и четко, чем предохранитель.

На вводах в трансформаторов 0.38 кВ и отходящих от КТП 10/0.38 кВ линиях наибольшее применение получили автоматические выключатели типов АП50 (на КТП мощностью 25-40 кВА), А3100 (сняты с производства) и А3700. В ряде случаев используются блоки «предохранитель-выключатель» типа БПВ-31-34 с предохранителями типа ПР2. Применяемые на КТП автоматы АП50 2МТ30 имеют два электромагнитных и три тепловых расцепителя, а также расцепитель в нулевом проводе на ток, равный номинальному току теплового расцепителя. Автоматы А3124-А3144 и А3700ФУЗ имеют по три электромагнитных и тепловых расцепителя, а также независимый расцепитель с обмоткой напряжения. Для защиты от однофазных замыканий в нулевом проводе устанавливают реле тока РЭ571Т, действующее на независимый расцепитель.

Для КТП 10/0.38 кВ, оснащенных автоматическими выключателями типа А3100, А3700 и АЕ20, имеющих независимый расцепитель, разработана и выпускается промышленностью полупроводниковая защита типа ЗТИ-0.4. Защита представляет собой приставку к автомату, размещаемую под ним в низковольтном шкафу КТП. Конструктивно она выполнена в фенопластовом корпусе.

ЗТИ предназначено для защиты трехфазных четырехпроводных воздушных линий 0.38 кВ с глухозаземленной нейтралью и повторными заземлениями нулевого провода от междуфазных и однофазных коротких замыканий, а также замыканий фаз на землю. Для подключения к линии ЗТИ имеет четыре токовых входа, через которые пропускаю три фазных и нулевой провода линии.

Литература

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Электроснабжение сельского хозяйства». - Мн., 1985.

Методические указания по расчету электрических нагрузок в сетях 0.38-10 кВ сельскохозяйственного назначения. - Мн., 1984.

Будзко И.А., Зуль Н.М. Электроснабжение сельского хозяйства. - М.: Агропромиздат, 1984.

Нормы технологического проектирования (НТП - 85).

Каганов Т.П. Курсовое и дипломное проектирование. - М: Колос, 1980.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций. - М.: Энергоатомиздат, 1989.

Справочник по строительству электрических сетей 0.38-35 кВ. - М.: Энергоиздат, 1982.

Справочник по проектированию электрических сетей в сельской местности. - М.: Энергия, 1990.