Выбор токоведущих частей

1.6.1 Выбор гибких токоведущих частей

На тяговых подстанциях РУ – 110 кВ выполняется открытым (ОРУ). Используются гибкие сталеалюминевые провода круглого сечения марки АС.

Сечение проводов выбирается по условию

 

I_ДОП ³ I_{Р МАХ} ,                                            (1.23)

 

где I_ДОП ‒ максимально допустимый ток проводника, А;

  I_{Р МАХ}  ‒ максимальный рабочий ток данного элемента ОРУ, А.

Токоведущие части находятся на открытом воздухе и подвешиваются на подвесные изоляторы. Поэтому проверка на электродинамическую и термическую стойкость для них не производятся.

По коронированию сечение проводов при напряжении 110 кВ должно быть не менее 70 мм ².

Выбранные сечения проводов вводов питающего напряжения подстанции должны быть проверены по экономической плотности тока

 

                                                  (1.24)

 

где j_ЭК ‒ нормированное значение экономической плотности тока, определяется в зависимости от часов использования максимума нагрузки в год для сталеалюминевого проводника, j_ЭК = 1,3 А/мм².

Выберем гибкие сталеалюминевые провода для вводов РУ ‒ 110 кВ, питающихся от энергосистемы, на I_PMAX = 113,08 А. По условию (1.23) выбираем провод АС – 26, для которого I_ДОП = 111 А. По условию механической прочности выбираем провод АС-50, а по условию коронирования – АС-70.

Сечение провода по экономической плотности тока равно

S_эк =  = 86,98 мм²;

Ближайшим из стандартных значений является сечение 70мм². Поэтому для вводов РУ ‒ 110 кВ от энергосистемы принимаем провод АС-70 с I_ДОП = 265 А.

Выбор проводников для остальных присоединений РУ-110 кВ выполняется аналогично. Результаты выбора приведены в таблице 1.7.

1.6.2 Выбор токоведущих частей в РУ ‒ 10 кВ

РУ ‒ 10 кВ на подстанции, как правило, выполняется закрытым. В качестве токоведущих частей используем алюминиевые проводники прямоугольного сечения (шины). Сечение шин проводника выбирается по условию (1.23). Шины могут быть расположены "на ребро" или "плашмя". Выбираем способ расположения шин "плашмя".

Cборные шины РУ переменного тока проверяются на термическую и электродинамическую стойкость. Для проверки на электродинамическую устойчивость нужно определить наибольший изгибающий момент, действующей при коротком трехфазном замыкании на проводник по формуле:

 

                                              (1.25)

где i_yд  – ударный ток в данном РУ, кА;

    l – расстояние между осями изоляторов, принимаем 1 м;

   а – расстояние между осями проводников разных фаз, принимаем 0,25м.

Далее рассчитывается момент сопротивления сечения проводника относительно оси инерции, перпендикулярной плоскости их расположения.

При расположении шин «плашмя» момент сопротивления равен

 

                                               (1.26)

 

где b, h – толщина и высота прямоугольного проводника, мм.

Наибольшее расчетное s_РАСЧ механическое напряжение в шинах определяется по формуле

 

                                                (1.27)

 

Проверка жестких проводников на электродинамическую устойчивость проводится по условию неравенства

 

s_РАСЧ  £ [s ], МПа,                                       (1.28)

 

где [s] – допустимое механическое напряжение, для алюминия [s] = 65 МПа.

Рассмотрим проверку на термическую устойчивость. Последовательность данной проверки состоит в следующем.

 

 

Рассчитывается сечениепроводников по формуле

 

q_В = b ∙ h, мм².                                        (1.29)

 

Определяется тепловой импульс тока короткого замыкания по формуле:

                    B_K = I²_КЗ  ∙ (t_{ЗАЩ МАХ}  + t_CB + t_Г + T_A), кА²·с,                    (1.30)

 

где I_КЗ– суммарное значение периодического тока короткого замыкания в нулевой момент времени, кА;

t_{ЗАЩ МАХ}– максимальное время действия релейной защиты, принимается равным 1,5 с, что соответствует времени срабатывания вторых ступеней резервных защит;

  t_CB – собственное время отключения выключателя принимается 0,1 с;

    t_Г – время гашения дуги, равное 0,05 с;

  T_A – постоянная времени, равная 0,05 с.

Находится сечение проводников, которое может выдержать термическое действие тока короткого замыкания

 

                                              (1.31)

 

где С – коэффициент, равный для алюминиевых проводников 90 А × с^1/2/мм².

Проводник будет термически стоек, если будет соблюдаться следующее условие, т.е. если выбранное сечение жестких проводников будет больше или равно минимальному

 

q_В  ³ q_MIN, мм².                                            (1.32)

 

Рассмотрим выбор проводника для ввода и шин РУ ‒ 10 кВ из проводников АДО. I_РМАХ = 271,748 А при ударном токе КЗ i_У = 15,2 кА. По условию (1.23) выбираем однополосный алюминиевый проводник АДО 30 × 4 (h = 30 мм, b = 4 мм) с I_ДОП = 365 А. При расположении «плашмя» допустимый ток уменьшается.

При h ≤ 60мм допустимый ток равен:

 

I^’_ДОП = 0,95·I_ДОП, А.                                  (1.33)

I’доп = 365∙0,95=346,75 A;

346,75≥271,748 А

Условие выполняется.

Наибольший изгибающий момент будет равен

M =  = 16,006 H∙м;

Определим для этого проводника момент сопротивления. При расположении ‹‹плашмя›› момент сопротивления равен

W =  = 600 мм³;

Наибольшее расчетное напряжение в материале проводника равно

s_РАСЧ  = ∙10³=26,671 MПа;

26,671 (МПа)<65(МПа).

Условие проверки на электродинамическую устойчивость выполняется.

Проведем проверку на термическую устойчивость.

q_В = 30 · 4 = 120 (мм²).

Полный тепловой импульс тока КЗ равен

В_к = 5,976² ·(1,5 + 0,1 + 0,05 + 0,05) = 60,711(кА²·с).

Минимальное сечение проводников, которые могут выдержать термическое действие токов КЗ равно

q_min=  = 86,574 мм²;

120 (мм²) > 86,574 (мм²).

Условие проверки на термическую стойкость выполняется.

Остальные проводники РУ ‒ 10 кВ рассчитываются аналогично, результаты расчетов сводятся в таблицу 1.8.

Таблица 1.7 – Результат выбора гибких проводников

Наименование присоединения	Iр.мах, А	Тип провода по току	По механической прочности	По коронированию	По эк. сечению	Окончательный выбор сечения
РУ 110
Ввод, по которому производится питание от энергосистем	113,08	АС-16	АС-50	АС-70	АС-70	АС-70
Ввод, по которому питаются промежуточные подстанции	113,08	АС-70	АС-50	АС-70	АС-185	АС-185
Сборные шины, секционный выключатель	186,28	АС-35	АС-50	АС-70	‒	АС-70
Участок присоединения понизительного трансформатора	33,06	АС-10	АС-50	АС-70	‒	АС-70

 

Таблица 1.8 – Результат выбора жестких проводников в РУ-10 кВ

Элемент ЗРУ	IР МАХ, А	По IР МАХ	По электродинамической устойчивости	По термической стойкости	Окончательное сечение
1	2	3	4	5	6
Ввод и СШ	199,14	30×4	30×4 «плашмя»	30×4	30×4
Фидер № 1	45,93	15×3	25×3 «плашмя»	30×4	30×4
Фидер № 2	93,43	15×3	25×3 «плашмя»	30×4	30×4
Фидер № 3	44,18	15×3	25×3 «плашмя»	30×4	30×4
Фидер № 4	10,98	15×3	25×3 «плашмя»	30×4	30×4
Участок присоединения ТСН	33,066	15×3	25×3 «плашмя»	30×4	30×4