Электрооборудование распределительных устройств всех видов и напряжений по номинальным данным должно удовлетворять условиям работы как при номинальных режимах, так и при коротких замыканиях. Класс изоляции оборудования должен соответствовать номинальному напряжению сети, а устройства защиты от перенапряжений - уровню изоляции электрооборудования.

Выбор электрооборудования производиться на основе расчётных условий и данных электропромышленности о параметрах и технико-экономических характеристиках выпускаемых аппаратов и проводников.

Под расчётными условиями понимаются наиболее тяжёлые, но достаточно вероятные, в которых могут оказаться электрический аппарат или проводник при различных режимах их работы в электроустановках. Расчётные условия - это фактические требования энергосистем и электроустановок к параметрам электрооборудования конкретной электрической цепи [5].

Различают четыре режима работы электроустановок и их элементов: нормальный, аварийный, послеаварийный и ремонтный. Аварийный режим является кратковременным, остальные - продолжительными. Различные аварийные режимы по продолжительности составляют обычно доли процента продолжительности рабочих режимов, но их условия могут оказаться крайне опасными для электрооборудования. Поэтому электрооборудование выбирается по расчётным условиям продолжительных рабочих режимов и обязательно проверяется по расчётным условиям аварийных режимов.

7.1 Расчёт максимальных рабочих токов

Расчёт максимальных рабочих токов основных присоединений подстанции производиться в соответствии с [4]. Электрические аппараты выбирают по условиям длительного режима работы сравнением рабочего напряжения и наибольшего рабочего тока присоединения, где предполагается установить данный аппарат, с его номинальным напряжением и током.

При выборе учитывается необходимое исполнение аппарата (для наружной и внутренней установки). Выбранные аппараты проверяют по условию короткого замыкания.

- Для питающих вводов подстанции

(7.1)

где КТР - коэффициент, учитывающий транзит энергии через шины подстанции; КТР = ; п - число трансформаторов, подключенных к сборным шинам; п = 2; SHT - номинальная мощность трансформатора, кВА; UCT - напряжение ступени, кВ.

- Для вводов силовых трансформаторов и для вывода кабеля собственных нужд

(7.2)

где Кп - коэффициент перегрузки трансформаторов; Кп = 1,4.

- Для сборных шин переменного тока

(7.3)

где КРН - коэффициент распределения нагрузки по сборным шинам;

КРН = .

- Для фидеров районной нагрузки

(7.4)

где SНАГР. - наибольшая мощность потребителей, присоединённых к линиям, кВА.

Расчёт рабочих максимальных токов сведён в таблицу 7.1.

Таблица 7.1- Расчёт максимальных рабочих токов

7.2 Выбор и проверка выключателей

При реконструкции подстанции ''Джамку'' 220/35/10 кВ предлагается заменить в ОРУ-220 кВ масляные выключатели серии У-220 на элегазовые выключатели серии ВГТ-220; в ЗРУ-10 кВ - маломасляные выключатели серии ВМПЭ-10 - на вакуумные серии ВВТЭ-10; в ОРУ-35 кВ - масленые выключатели серии С-35 на элегазовые выключатели серии ВГБЭ-35.

В соответствии с [5] при выборе выключателей необходимо учесть 12 различных параметров, но так как заводами-изготовителями гарантируется определённая зависимость параметров, например

Допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

- по напряжению установки

(7.5)

где UУСТ - напряжение установки, кВ; UHOM - номинальное напряжение выключателя, кВ.

- по длительному току

(7.6)

где IP.max - максимальный рабочий ток присоединения, А; IНОМ - номинальный ток выключателя, А.

- по отключающей способности.

В первую очередь производиться проверка на симметричный ток отключения по условию

(7.7)

где - действующее значение периодической составляющей трёхфазного тока короткого замыкания в цепи в момент начала расхождения дугогасительных контактов выключателя, кА; IОТКЛ.НОМ - номинальный ток отключения выключателя, кА.

Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей трёхфазного тока короткого замыкания

(7.8)

где - расчётное значение апериодической составляющей трёхфазного тока короткого замыкания в цепи в момент , кА; ia.НОМ - номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе для времени , кА;

Расчётное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания в цепи в момент времени определяется по формуле из [3]

(7.9)

где Та - постоянная времени цепи короткого замыкания, сек; - наименьшее время от начала короткого замыкания до момента расхождения дугогасительных контактов, сек.

Наименьшее время от начала короткого замыкания до момента расхождения дугогасительных контактов определяется по выражению из [6]

(7.10)

где t3.min - минимальное время действия защиты сек; tСВ - собственное время отключения выключателя с приводом по каталогу, сек.

Номинальное допускаемое значение апериодической составляющей в отключаемом токе определяется по формуле

(7.11)

где - нормированное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, % (определяется по каталогам).

На электродинамическую стойкость выключатель проверяется по предельному сквозному току короткого замыкания

(7.12)

(7.13)

где IП.О - начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в цепи выключателя, кА; IПР.С - действующее значение предельного сквозного тока короткого замыкания, кА; IПР.С - амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания, кА.

На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу

 (7.14)

где ВК - тепловой импульс по расчёту, кА2сек; IТ - предельный ток термической стойкости, кА; tT - длительность протекания тока термической стойкости, сек.

Тепловой импульс определяется по формуле

(7.15)

где tОТКЛ - действительное время отключения короткого замыкания, сек.

Полное время отключения определяется по выражению

(7.16)

где tР.З - время действия основной релейной защиты данной цепи, сек; tСР - собственное время срабатывания защиты, сек; tСР = 0,1 сек.

При выборе выключателей исходим из наибольших максимальных рабочих токов для распределительного устройства.

Выбор выключателей производится по справочным данным [5,7,8]. Данные по выбору выключателей сведён в таблицу 7.2.

Пример расчёта.

К установке в ОРУ-220 кВ принимается маломасляный выключатель серии ВГТ-220II-40/2500-ХЛ1. Согласно [5,8] его параметры необходимые для расчёта:

UНОМ = 220 кВ;

IHOM = 2500 A;

IОТКЛ.НОМ=40 кА;

%

Расчётное значение апериодической составляющей тока короткого замыкания

кА.

Номинальное допускаемое значение апериодической составляющей тока короткого замыкания

кА.

Тепловой импульс

кА2с.

Таблица 7.2 - выбор и проверка выключателей.

7.3 Выбор и проверка разъединителей

Основное назначение разъединителя - создавать видимый разрыв и изолировать части системы, электроустановки, отдельные аппараты от смежных частей, находящихся под напряжением, для безопасного ремонта.

На подстанции ''Джамку'' используются трёхполюсные разъединители РНДЗ-1,2- 220/1000 горизонтально-поворотного типа. Разъединители снабжены ножами для заземления - одним и двумя.

В данном разделе диплома производится проверка установленных разъединителей в ОРУ-220, 35 кВ и выбор разъединителей для установки в цепи трансформаторов напряжения в ОРУ-220 кВ.

Выбор и проверка разъединителей производится по номинальным параметрам. Отключающую способность разъединителей заводы-изготовители не указывают, поскольку она зависит от многих условий, в частности от расстояния между полюсами и до заземлённых частей.

Выбор и проверка осуществляется по [9]

- по напряжению установки

(7.17)

- по току

(7.18)

- по электродинамической стойкости

 (7.19)

(7.20)

- по термической стойкости

(7.21)

Разъединители выбираются по справочным данным из [7]. Результаты выбора и проверки сведены в таблицу 7.3.

Пример расчёта.

Выбор разъединителя для трансформаторов напряжения ТН-220 кВ.

Справочные данные разъединителя РНДЗ-2-220/1000:

UНОМ = 220 кВ;

IHOM = 1000 A;

IПР.С = 100 кА;

iПР.С = 40 кА;

Таблица 7.3 - Выбор и проверка разъединителей.

7.4 Выбор и проверка токоведущих частей

На подстанции ''Джамку'' в ОРУ-220 кВ используется неизолированный сталеалюминиевый провод марки АС-300/39, в ОРУ-35 кВ - АС 95/16, в ЗРУ-10 кВ ошиновка и сборные шины выполнены однополосными алюминиевыми шинами прямоугольного сечения 80 10 мм.

Для присоединения в ОРУ-220 кВ трансформаторов напряжения через разъединитель предлагается применить сталеалюминиевый провод марки АС-300/39.

Неизолированные токоведущие части выбираются и проверяются по условиям из [5]:

- проверка сечения на нагрев

(7.22)

где IДОП - длительно допустимый ток, который выдерживает сечение токоведущей части, не перегреваясь выше нормы при расчётных температурных условиях, А.

- на термическое действие тока короткого замыкания

(7.23)

где qН - выбранное сечение провода, соответствующее номинальному току, мм2; qmin - минимальное сечение провода по условию допустимой температуры нагрева в режиме короткого замыкания, мм2.

Минимальное сечение провода определяется по формуле

(7.24)

где ВК - тепловой импульс тока короткого замыкания, кА2с; С - коэффициент.

Пример расчёта.

Токоведущие части для ОРУ-35:

АС-95/16;

IДОП = 330 А;

С = 90 .

Минимальное сечение шин и ошиновки в ОРУ-35 кВ

мм2,

95 мм2 > 63,44 мм2,

330 А > 288,7 А,

Токоведущие части для ОРУ-220 кВ.

АС-300/39;

IДОП = 710 А;

С = 90 .

Минимальное сечение шин и ошиновки в ОРУ-220 кВ

мм2,

300 мм2 > 58,2 мм2,

710 А > 196,82 A.

Проверка сечения жёстких шин в ЗРУ-10 кВ производится по условию нагрева. При этом учитываются не только нормальные, но и после аварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин.

Условие выбора по выражению (5.4.1)

где IДОП - допустимый ток на шины с учётом поправки при расположении шин плашмя.

Проверка шин на термическую стойкость производится по условию (5.4.2).

Проверка шин на электродинамическую стойкость производится по условию

(7.25)

(7.26)

где l - расстояние между соседними опорными изоляторами, м; а - расстояние между осями шин соседних фаз, м; W - момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия, м3; - допустимое механическое напряжение в материале шин, МПа; - расчётное механическое напряжение в материале шин, МПа.

При расположении жёстких шин плашмя момент сопротивления шины относительно оси определяется по формуле

(7.27)

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

Допустимое механическое напряжение в материале алюминиевой шины равно 40 Мпа [3].

Пример расчёта.

Для жёстких шин ЗРУ-10 кВ справочные данные [8]:

qН = 800 мм2;

IДОП = 1480 А.

Момент сопротивления шины относительно оси

м3.

Расчётное механическое напряжение в материале шины

МПа,

4,08 МПа < 40 МПа.

Минимальное сечение шины

мм2,

115,2 мм2 < 800 мм2.

Условие нагрева

1010,4 А < 1480 А.

Сборные шины и ошиновка используемая на подстанции ''Джамку'' проходят по условиям проверки.

7.5 Выбор и проверка трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбирают [5]:

- по напряжению электроустановки

(7.28)

- по току

 (7.29)

где I1НОМ - номинальный первичный ток трансформатора тока, А.

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

- по конструкции и классу точности;

- по электродинамической стойкости

(7.30)

где iДИН - ток электродинамической стойкости, кА; КЭД - кратность электродинамической стойкости по каталогу; iУ - ударный ток короткого замыкания по расчёту, кА.

- по термической стойкости

(7.31)

где КТ - кратность термической стойкости; IТ - ток термической стойкости, кА; tТ - время термической стойкости, сек.

- по вторичной нагрузке

(7.32)

где Z2 - вторичная нагрузка трансформатора тока, Ом; Z2.НОМ - номинальная допустимая нагрузка трансформаторов тока в выбранном классе точности, Ом.

(7.33)

Сопротивление приборов определяется по выражению, Ом

(7.34)

где SПРИБ. - мощность, потребляемая приборами, ВА; I2 - вторичный номинальный ток прибора, А.

Сопротивление контактов принимается 0,05 Ом при двух-трех приборах и 0,1 Ом при большем числе приборов [5]. Сопротивление соединительных проводов зависит от их длины и сечения. Полученное сечение не должно быть менее 4 мм2 для проводов с алюминиевыми жилами, по условию механической прочности. Провода с сечением более 6 мм2 обычно не применяются [11]. Зная сопротивление провода можно определить сечение проводов, мм2, по формуле

(7.35)

где p - удельное сопротивление материала провода, Ом.мм2/м; lРАСЧ.. расчетная длина провода, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока, м.

Провода с алюминиевыми жилами имеют p = 0,0283 Ом.мм2/м [5]. Результаты выбора и проверки трансформаторов тока сведены в таблицу 7.4.

Встроенные трансформаторы тока на электродинамическую и термическую стойкость не проверяются.

Пример расчёта:

В ОРУ-220 кВ для установки принимаются трансформаторы тока типа ТФЗМ-220Б-IIIУ1 со следующими параметрами [5]:

UНОМ = 220 кВ;

I1НОМ = 300 А;

iДИН = 25кА;

IТ = 9,8 кА;

tT = 3 сек.

Проверка на электродинамическую стойкость

4,5 кА < 25 кА.

Проверка на термическую стойкость

кА2с,

6 кА2с < 288,1 кА2с.

Таблица 7.4 - Вторичная нагрузка ТФЗМ-220Б-III-У1

Таблица 7.5 - Вторичная нагрузка ТФЗМ-35-У1

Таблица 7.6 - Вторичная нагрузка трансформаторов тока ТПОЛ-10-У1.

Таблица 7.7 - Вторичная нагрузка трансформаторов тока ТПЛ-10-У1

Общее сопротивление приборов

Ом.

Допустимое сопротивление проводов

(7.36)

Ом.

Длина соединительных проводов в ОРУ-220 кВ - 150 м.

Расчетное сечение провода

мм2.

К установке принят контрольный кабель марки АКРВГ сечением 6 мм2.

Сопротивление проводов при выбранном сечении

Ом.

Вторичная нагрузка трансформаторов тока по формуле (7.33)

Ом,

1,06 < 1,2

Таблица 7.8- Выбор и проверка трансформаторов тока

7.6 Проверка трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения (ТН) проверяют по условиям [5]:

- по напряжению установки

(7.37)

- по конструкции и схеме соединения обмоток;

Конструкция и схема соединения обмоток должны соответствовать назначению трансформатора, которые могут быть одно- или трёхфазными.

- по классу точности;

- по вторичной нагрузке

(7.38)

где - нагрузка всех измерительных приборов и реле, присоединённых к трансформатору напряжения, ВА; - номинальная мощность в выбранном классе точности, ВА.

Для упрощения расчётов нагрузку приборов можно не разделять по фазам, тогда

(7.39)

где - сумма активной нагрузки приборов, Вт; - сумма реактивной нагрузки приборов, Вар.

Для счётчиков активной и реактивной нагрузки , . Для остальных приборов [5].

Вторичную нагрузку трансформаторов напряжения составляют приборы контроля и измерения, а также реле напряжения, входящие в комплекты защит.

В ОРУ-220 кВ подстанции ''Джамку'' установлены однофазные трансформаторы напряжения каскадного типа НКФ, которые состоят из двух блоков, установленных один над другим, то есть имеют два магнитопровода и четыре ступени каскадной обмотки высокого напряжения с изоляцией на UФ/4.

В ОРУ-35 кВ установлены однофазные трансформаторы напряжения типа ЗНОМ-35.

В ЗРУ-10 кВ установлены трёхфазные трансформаторы напряжения типа НТМИ-10.

Таблица 7.9 - Вторичная нагрузка ТН-220 кВ.

Полная мощность, подключенная к ТН-220 кВ

ВА,

130,4 < 400.

Таблица 7.10 - Вторичная нагрузка ТН-35 кВ.

Полная мощность, подключенная к ТН-35 кВ

ВА,

129,4 < 250.

Таблица 7.11- Вторичная нагрузка ТН-10 кВ.

Полная мощность, подключенная к ТН-10 кВ

ВА,

282,2 < 500.

Таблица 7.12-Трансформаторы напряжения, установленные на подстанции ''Этеркан''

7.7 Выбор комплектного распределительного устройства

Комплектным распределительным устройством (КРУ) называется распределительное устройство, состоящее из закрытых шкафов с встроенными в них аппаратами, измерительными и защитными приборами и вспомогательными устройствами.

Комплектное распределительное устройство выбирают по номинальному току и напряжению, а также току отключения короткого замыкания. Так как выключатели ВВТЭ-10, применяемые в КРУ-10 кВ, были проверены в п.4.2 данного дипломного проекта, то по току отключения выключателей КРУ не проверяется.

В качестве вводных ячеек и секционного выключателя предлагается принять ячейки КРУ типа КВ-1, рассчитанные на допустимый ток IДОП = 1600 А, UН = 10 кВ и ток сборных шин до 3200 А. Остальные ячейки принять типа КВ-1 с номинальным допустимым током IДОП =630 А.

7.8 Выбор и проверка изоляторов

Гибкие шины ОРУ подстанции крепят на гирляндах подвесных изоляторов, количество которых зависит от их типов и класса напряжения электроустановки.

Для ОРУ-220 кВ выбраны полимерные изоляторы типа ЛК-70/220-АIV на номинальное напряжение 220 кВ, для ОРУ-35 кВ - ЛК-70/35-АIV.

Для ОРУ -220 кВ для замены опорно-стержневых изоляторов принимаются полимерные изоляторы типа ИОСПК-10-110/480-IV-УХЛ1, которые устанавливаются в два яруса - один над другим.

Выбор изоляторов производиться по условиям [5]:

- по номинальному напряжению

(7.40)

220 кВ = 220 кВ.

- по допустимой нагрузке

(7.41)

где FРАСЧ - сила, действующая на изолятор, кН; FДОП - допустимая нагрузка на головку изолятора, кН.

Для проходных изоляторов дополнительно должно соблюдаться ещё одно условие

- по номинальному току

(7.42)

Допустимая нагрузка на головку изолятора определяется по выражению

(7.43)

Н,

где FРАЗР- разрушающая нагрузка на изгиб, кН.

Сила, действующая на изолятор, определяется по формуле

(7.44)

где l - длина пролёта между изоляторами, м; а - расстояние между полюсами, м.

Н,

4,35 Н < 600 Н

Результаты выбора изоляторов сведены в таблицу 7.13

Таблица 7.13 - Выбор и проверка изоляторов

7.9 Выбор устройств защиты от перенапряжений

Защита от волн перенапряжений для РУ подстанции предусмотрена вентильными разрядниками. Вентильные разрядники установлены без коммутационных аппаратов в цепи между защищаемым присоединением и разрядником.

Вид защищаемого оборудования влияет на серию разрядников в связи с тем, что разные виды оборудования имеют различные уровни изоляции.

Выбор вентильных разрядников, установленных на подстанции ''Джамку'', произведён по номинальному напряжению электроустановки:

- на напряжение 220 кВ - ОПН-220-МУ1;

- на напряжение 35 кВ - ОПН-35;

- на напряжение 10 кВ - ОПН-10.

8. ВЫБОР РЕЛЕЙНЫХ ЗАЩИТ И СРЕДСТВ АВТОМАТИКИ