Выбор и проверка электрических аппаратов

Цель выбора – обеспечить электрическую установку надежным в работе, безопасным в обслуживании экономичным в монтаже и эксплуатации оборудованием. Для этого выбранные аппараты, изоляторы, шины и кабели должны:

· соответствовать условиям окружающей их среды или роду установки (на открытом воздухе, в производственном помещении обычного вида, во взрывоопасном помещении, при определенной температуре и т.д.);

· иметь такие номинальные параметры (ток, напряжение, мощность и т.д.) или размеры, чтобы удовлетворять условиям работы в нормальном режиме и при коротком замыкании;

· отвечать требованиям технико-экономической целесообразности.

В курсовом проекте выбираются следующие аппараты: выключатели, разъединители, короткозамыкатели, отделители трансформаторы тока и напряжения на стороне напряжения 35 – 110 кВ; выключатели, трансформаторы тока и напряжения, сборные шины и изоляторы на стороне напряжения 10 кВ, автоматические воздушные выключатели (автоматы) на стороне 0.4 кВ.

Высоковольтные электрические аппараты выбираются по условиям длительного режима работы и проверяются по условиям коротких замыканий. При этом для всех аппаратов производится:

1. выбор по напряжению;

2. выбор по нагреву при длительных токах;

3. проверка на электродинамическую стойкость (согласно [1] не проверяются аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями с номинальным током до 60 А включительно);

4. проверка на термическую стойкость (согласно [1] не проверяются аппараты и проводники, защищенные плавкими предохранителями);

5. выбор по форме исполнения(для наружной или внутренней установки.

Выключатели выбрать по:

1.номинальному напряжению;

2.номинальному длительному току;

3.электродинамической стойкости

-предельному периодическому току короткого замыкания;

-ударному току короткого замыкания;

4.отключающей способности

-номинальному периодическому току отключения;

-номинальному апериодическому току отключения;

5.термической стойкости,

6.включающей способности;

7.параметрам восстанавливающегося напряжения.

Разъединители и отделители выбрать по:

1.номинальному напряжению;

2.номинальному длительному току;

3.электродинамической стойкости;

4.термической стойкости.

Короткозамыкатели выбрать по:

1.номинальному напряжению;

2.электродинамической стойкости;

3.термической стойкости.

Трансформаторы тока выбрать по:

1.номинальному напряжению;

2.номинальному длительному току;

3.электродинамической стойкости;

4.термической стойкости;

5.нагрузке вторичных цепей.

Трансформаторы напряжения выбрать по:

6.номинальному напряжению;

7.нагрузке вторичных цепей.

Сборные шины выбрать по:

1.номинальному напряжению;

2.номинальному длительному току;

3.электродинамической стойкости;

4.термической стойкости.

Опорные изоляторы выбрать по:

1.номинальному напряжению;

2.разрушающей устойчивости при изгибе от действия токов короткого замыкания.

Автоматические воздушные выключатели (автоматы) 0,4 кВ цеховых подстанций выбрать по

1.номинальному напряжению;

2.номинальному длительному току;

3.электродинамической стойкости;

4.термической стойкости.

Для определения термической устойчивости аппаратов необходимо определить фиктивное время действия короткого замыкания

Время действия короткого замыкания составляется из времени действия релейной защиты t_рз и времени отключения выключателя t_выкл

t_д=t_рз+t_выкл =1,8+0,08=1,88 с

Апериодическая составляющая времени действия короткого замыкания

t_фа =0,005 β"; β"=I"/I_∞= 1 t_фа =0,005 с

Периодическая составляющая времени действия короткого замыкания определяется по кривым [3,4]

t_фп =1,75 с

Фиктивное время действия короткого замыкания

t_ф=t_фп+t_фа =1,75+0,005=1,8 с

Расчеты по выбору аппаратов сводятся в таблицы..

Таблица 1. Выбор выключателя на стороне 35 кВ [3,6,7].

МКП – 35 – 1000 - 25
Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Данные аппарата	Расчетные данные
Напряжение, кВ	U_ном≥U_р	U_ном=35	U=35
Длительный ток, А	I_ном≥I_р.макс	I_ном=1000	I_р.макс=132
Динамическая стойкость, кА	I_п≥I"	I_п=25	I"=2,6
Динамическая стойкость, кА	i_дин≥i_уд	i_дин=64	i_уд=6,62
Отключающая способность, кА	I_откл≥ I"	I_откл=25	I" =2,6
Отключающая способность, кВА	Ѕ_откл≥Ѕ"	Ѕ_откл=1500	Ѕ"=166,6
Термическая стойкость, кА²/с	I_а² t_а≥I_∞²t_ф	25² 4=2500	2,6² 1,8=12,2

Таблица 2. Выбор разъединителя [3,6,7].

РЛНД – 35/600
Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Данные аппарата	Расчетные данные
Напряжение, кВ	U_ном≥U_р	U_ном =35	U_р =35
Длительный ток, А	I_ном≥I_р.макс	I_ном =600	I_р.макс =132
Динамическая стойкость, кА	i_дин≥i_уд	i_дин =80	i_уд =6,62
Термическая стойкость, кА²/с	I_а² t_а≥I_∞²t_ф	12² 10=1440	2,6² 1,8=12,2

Таблица 3. Выбор отделителя [3,6,7].

ОД – 35/630
Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Данные аппарата	Расчетные данные
Напряжение, кВ	U_ном≥U_р	U_ном =35	U_р =35
Длительный ток, А	I_ном≥I_р.макс	I_ном= 630	I_р.макс =132
Динамическая стойкость, кА	i_дин≥i_уд	i_дин= 80	i_уд =6,62
Термическая стойкость, кА²/с	I_а² t_а≥I_∞²t_ф	12,5² 4=625	2,6² 1,8=12,2

Таблица 4. Выбор короткозамыкателя [3,6,7].

КЗ – 35
Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Данные аппарата	Расчетные данные
Напряжение, кВ	U_ном≥U_р	U_ном =35	U_р =35
Динамическая стойкость, кА	i_дин≥i_уд	i_дин =42	i_уд =6,62
Термическая стойкость, кА²/с	I_а² t_а≥I_∞²t_ф	14,7² 3=648	2,6² 1,8=12,2

Выбор трансформатора тока

К трансформаторам тока подключаются амперметр, токовые обмотки ваттметра, счетчиков активной и реактивной энергии. Соединение трансформаторов тока с измерительными приборами выполняется медными проводами сечением s =1,5 мм², длиной l =10 м. Удельное сопротивление меди ρ =0,0175 Ом м/ мм². При расчете сопротивления проводов учитывается схема соединения трансформаторов тока коэффициентом К =1,5. Сопротивление проводов

r_пров.=Кρl/s =1,5 0,0175 10/1,5 =0,175 Ом

По [3,7] выбираются измерительные приборы и определяется мощность токовых катушек

Таблица 5.Перечень приборов, подключаемых к трансформатору тока

Приборы	Тип	Фаза А	Фаза С
Амперметр	Э-378	0,05	0,05
Ваттметр	Д-305	0,125	0,125
Счетчик активной энергии	И-675	1,25	1,25
Счетчик реактивной энергии	И-673М	1,25	1,25
ИТОГО		2,63	2,63

Суммарная мощность наиболее загруженной фазы ∑S_приб принимается за расчетную мощность.

Сопротивление приборов

r_приб.=∑S_приб./I₂² =2,63/5²= 0,105 Ом

Сопротивление всех переходных контактов

r_к.= 0,1 Ом

Расчетное сопротивление измерительной цепи

z₂=r_пров.+r_приб+r_к _.= 0,175+0,105+0,1=0,29 Ом

Таблица 6. Выбор трансформатора тока на стороне 35 кВ [3,6,7].

ТФНД – 35
Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Данные аппарата	Расчетные данные
Напряжение, кВ	U_ном≥U_р	U_ном =35	U =35
Длительный ток, А	I_ном≥I_р.макс	I_ном =150	I_р.макс =132
Динамическая стойкость, кА	i_дин≥i_уд	i_дин =22,5	i_уд =6,62
Термическая стойкость, кА²/с	I_а² t_а≥I_∞²t_ф	6,75² 4=182	2,6² 1,8=12,2
Нагрузка вторичных цепей, Ом	z_а≥z₂	z_а =1,2	z₂ =0,29

По [3,7] выбираются измерительные приборы и определяется мощность катушек напряжения

Таблица 7.Перечень приборов,

подключаемых к трансформатору напряжения

Приборы	Тип	Мощность, ВА
Вольтметр	Э-378	10
Ваттметр	Д-305	2
Счетчик активной энергии	И-675	3
Счетчик реактивной энергии	И-673М	3
ИТОГО		18

Таблица 8. Выбор трансформатора напряжения на стороне 35 кВ [3,6,7].

ЗНОЛТ – 35
Выбираемая и проверяемая величина	Формула	Данные аппарата	Расчетные данные
Напряжение, кВ	U_ном≥U_р	U_ном =35	U_р =35
Нагрузка вторичных цепей, В А	S_ном≥S_р	S_ном =150	S_р =18

Выбор выключателей, трансформаторов тока и напряжения на стороне напряжения 10 кВ выполняется аналогично.

Выбор шин на стороне напряжения 10 кВ

Шины выбираются по рабочему току и проверяются динамическую и термическую стойкость к токам короткого замыкания.

Величина рабочего тока, протекающего по шинам

I_р=S"_р/ U_ном =8000/2 10=230,9А

По [3,7] выбираются шины 30х4 мм² с допустимым током I_доп =265 А. Предполагается их установка на опорных изоляторах плашмя. Расстояние между фазами а =350 мм, расстояние между изоляторами в пролете l =1000мм.

Электродинамическое действие ударного тока короткого замыкания при трехфазном коротком замыкании определяется силой взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока i_уд. Наибольшая сила, действующая на шину средней фазы при условии расположения шин в одной плоскости: ,

Рассматривая шину как равномерно нагруженную многопролетную балку, изгибающий момент, создаваемый ударным током

Тогда наибольшее механическое напряжение в металле при изгибе

При расположении шин плашмя

Расчетное напряжение в металле шин

87,5 МПа

Так как меньше, следовательно необходимо выбрать большее сечение шин. Принимаем шину сечением 40х4 (I_доп =365 А).

Шина сечением 40х4 динамически устойчива.

При проверке на термическую устойчивость определяем начальную температуру нагрева шин рабочим током

По графику θ=f(A) определяем начальное значение интеграла Джоуля

Анач=0,5 10⁴ А² с/мм²

определяем конечное значение интеграла Джоуля

Ак=Анач+(I∞/s)t_ф=0,5 10⁴+(5,163/160)=0,63 10⁴А²с/мм²

По графику θ=f(A) определяем конечное значение интеграла Джоуля

θ к=110 ^оС

Допустимой температурой является 200^оС, следовательно шина термически устойчива

РАСЧЕТ ЗАЗЕМЛЯЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

Заземление электроустановок осуществляется преднамеренным соединением с заземляющим устройством.

Различают следующие виды заземлений: защитное – выполняют с целью обеспечения электробезопасности при замыкании токоведущих частей на землю; рабочее – предназначено для обеспечения нормальных режимов работы установки; молниезащитное – для защиты электрооборудования от перенапряжений и молниезащиты зданий и сооружений. В большинстве случаев одно и то же заземление выполняет несколько функций, одновременно является защитным, рабочим и т.д.

Расчет заземляющих устройств сводится к расчету заземлителя, так как заземляющие проводники в большинстве случаев принимаются по условиям механической прочности и устойчивости к коррозии. Исключение составляют лишь установки с выносным заземляющим устройством. В этих случаях рассчитывают последовательно сопротивление соединительной линии и сопротивление заземлителя, чтобы суммарное сопротивление не превышало расчетного.

Порядок расчета заземлителя.

1.Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз Если заземляющее устройство является общим для нескольких электроустановок, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.

2.Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя включенного параллельно, из выражений:

или ,

где Rз – расчетное сопротивление заземляющего устройства по п.1;

Rи – сопротивление искусственного заземлителя;

Rе - сопротивление естественного заземлителя.

3.Определяется расчетное удельное сопротивление грунта с учетом повышающих коэффициентов, учитывающих высыхание грунта летом и промерзание его зимой.

4. Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода Rо.в.э. по формулам, заданным в таблицах для стержневых электродов из круглой стали или труб. При применении уголков в качестве диаметра подставляется эквивалентный диаметр уголка

dу.э =0,95 b,

где b – ширина сторон уголка.

5.Определяется примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом коэффициенте использования Ки.в

n=Rо.в.э. / Ки.в Rи

Коэффициенты использования вертикальных заземлителей даются в таблицах в зависимости от их размещения (в ряд или по контуру) без учета влияния горизонтальных электродов связи.

6. Определяется сопротивление растеканию горизонтальных электродов Rг.э (аналогично см.п. 4)

7.Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов.

или ,

8.Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования

n=Rо.в.э./ Ки.в Rв.э.

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.

Дополнительно к контуру на территории подстанции устраивается сетка из продольных полос расположенных на расстоянии 0,8 – 1 м от оборудования, с поперечными связями через каждые 6 м. Дополнительно для выравнивания потенциалов у входов и въездов, а также по краям контура прокладываются углубленные полосы. Эти неучтенные горизонтальные электроды уменьшают общее сопротивление заземления; проводимость их идет в запас.

9. Для установок напряжением выше 1000 В с большими токами замыкания на землю проверяется термическая устойчивость соединительных проводников s

где I_расч – расчетный ток короткого замыкания через проводник, при котором температура проводника не превысит допустимую; в качестве расчетного тока принимается установившийся наибольший ток через заземляющий проводник при замыкании на рассматриваемом устройстве или коротком замыкании на землю вне его для возможной в эксплуатации схемы сети с учетом распределения тока короткого замыкания на землю между заземленными нейтралями сети (в курсовом проекте условно принимается значение тока трехфазного короткого замыкания в точке К1)

t_п - приведенное время прохождения тока короткого замыкания на землю,

С – постоянная; для стали С =74; для голой меди С =195; для кабелей с медными жилами С =182, с для алюминиевыми С =112.

Рассчитывается заземление подстанции с двумя трансформаторами 35/10кВ мощностью 6300 кВА со следующими данными:

· грунт – суглинок;

· климатическая зона – 3;

· дополнительно в качестве заземления используется водопровод с сопротивлением растеканию 1,5 Ом

Предполагается сооружение заземлителя с внешней стороны подстанции, с расположением вертикальных электродов в один ряд по периметру 250м; метод погружения – ввертывание; материал – круглая сталь диаметром 20 мм и длиной 5м; верхние концы вертикальных стержней, погруженные на глубине 0,7 м, приварены к горизонтальному электроду из той же стали.

Устанавливается необходимое по ПУЭ допустимое сопротивление заземляющего устройства Rз. Так как заземляющее устройство является общим для сетей напряжением 35, 10 и 0,4 кВ, то расчетным сопротивлением заземляющего устройства является наименьшее из требуемых.

Для стороны 35 кВ требуется сопротивление заземления 0,5 Ом.

Для стороны 10 кВ требуется

R_З =125/ I_З,

где I_З – ток замыкания на землю, определяемый по формуле:

I_З = U (l_В+35l_К)/350;

где - l _Ви l _Ксоответственно длина воздушных и кабельных линий)

Длину кабельных линий определяется по ситуационному плану

l _К=250 м.

Тогда

I_З= 10 ( 35 l_К+l_В)/350=250/10=250 А

R_З =125/ I_З =125/250=0,5 Ом.

Для стороны 0,4 кВ требуется сопротивление заземления 4 Ом.

Таким образом в качестве расчетного заземления принимается сопротивление R_З =0,5 Ом.

Определяется необходимое сопротивление искусственного заземлителя включенного параллельно, из выражений:

= =0,75 Ом

По [3,6 и т.п.] определяется расчетное удельное сопротивление грунта составляет 100 Ом. Повышающие коэффициенты для климатической зоны 2 учитывающие высыхание грунта летом и промерзание его зимой принимаются равными 4,5 для горизонтальных протяженных электродов при глубине заложения) 0,8 м и 1,8 для вертикальных стержневых электродов длиной 2 – 3м и при глубине заложения их вершины 0,5 –0,8 м.

Расчетные удельные сопротивления:

для горизонтальных электродов

ρ_расч. _г=4,5 100=450 Ом м

для вертикальных электродов

ρ_расч.в =1,8 100=180 Ом м

Определяется сопротивление растеканию одного вертикального электрода

Rо.в.э. по формулам[3,6 и т.п.], для стержневых электродов из круглой стали.

R_о.в.э 22,3 Ом

Определяется примерное число вертикальных заземлителей n при предварительно принятом по [3,6 и т.п.] коэффициенте использования Ки.в =0,6

n=Rо.в.э./ Ки.в Rи =22,3/0,6 0,75=50

Определяется сопротивление растеканию горизонтального электрода Rг.э из круглой стали диаметром 20 мм, приваренного к верхним концам вертикальных электродов. Коэффициент использования горизонтального электрода в ряду 50 и отношении расстояния между стержнями равном 1 (а/l = =5/5) принимается равным 0,21.

b =2 d =2 0,02=0,04 м

R_о.г.э 1,2 Ом

R_г.э= R_о.г.э/К_и =1,2/0,21=5,72

Уточняется необходимое сопротивление вертикальных электродов с учетом проводимости горизонтальных соединительных электродов.

= 0,86 Ом

Уточняется число вертикальных электродов с учетом коэффициентов использования

n=Rо.в.э./ Rв.э.= 22,3/0,86=25,9

Окончательно принимается число вертикальных электродов из условий размещения.

n =26

Проверяется термическая устойчивость полосы 40х4 мм². Минимальное сечение полосы

s =2600 / 74=47,1 мм²

Полоса 40х4 мм²условию термической устойчивости удовлетворяет.

РЕЛЕЙНАЯ ЗАЩИТА

При протекании тока короткого замыкания элементы системы электроснабжения подвергаются термическому и электродинамическому воздействию. Для уменьшения размеров повреждения и предотвращения развития аварии устанавливают совокупность автоматических устройств, называемых релейной защитой и обеспечивающих с заданной степенью быстродействия отключение поврежденного элемента или сети.

Основные требования, предъявляемые к релейной защите:

1. надежное отключение всех видов повреждений;

2. чувствительность;

3. селективность (избирательность) действия – отключение только поврежденных участков;

4. простота схем;

5. быстродействие;

6. наличие сигнализации о повреждениях.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями: