Вибір високовольтного електроустаткування

Вибір мереж вище 1000 В

Кабель і шину вище 1000 В вибирати по перетину, який визначається за формулою

де - номінальний або розрахунковий струм вузла електропостачання

- економічний перетин, визначається по [2] с 509, приймати для Т_мах= 4000 год використання максимального навантаження і типу провідника

визначається струм вузла електропостачання за формулою

далі по економічній щільності струму знаходиться перетин кабеля для високовольтних споживачів, наприклад двигунів, трансформаторів, вводу та шини вводу

Приклад

Визначимо номінальний струм вводу за формулою:

(41) де - сумарна максимальна потужність електроприймачів СП1, кВ^.А;

- сумарна максимальна потужність електроприймачів СП2, кВ^.А;

- номінальна напруга приймачів, кВ;

- номінальний струм високовольтних приводних двигунів, А;

- кількість електроприймачів, шт. (високовольтних)

Визначимо перетин кабелю для вводу за формулою:

(42)

де - номінальний струм вводу, А;

- економічна щільність струму

Виберемо 2 трьохжильні алюмінієві кабелі марки ААБ S120´3

Визначимо перетин шини для вводу:

(43)

де - номінальний струм вводу, А;

- економічна щільність струму

Виберемо однополосну алюмінієву шину перетином S50´6 мм²

Вибір високовольтного електроустаткування

Таблиця.35-Умови вибору високовольтних електричних апаратів приведені у таблиці

Апарат	Номінальна напруга, Uн	Номінальний струм, Iн	Динамічна стійкість, Iпр.скв	Термічна стійкість,	Комутаційна здатність, Iн.откл.	Навантаження, вторинних ланцюгів, Z2H чи S2H
Вимикач	+	+	+	+	+	-
Роз'єднувач	+	+	+	+	-	-
Короткозамикач	+	-	+	+	-	-
Віддільник	+	+	+	+	-	-
Вимикач навантаження	+	+	+	+	+	-
Розрядник	+	-	-	-	-	-
Трансформатор струму	+	+	+	+	-	+
Трансформатор напруги	+	-	-	-	-	+
Опорний ізолятор	+	-	+	-	-	-
Прохідний ізолятор	+	+	+	-	-	-
Реактор	+	+	+	+	-	-

При виборі електричних апаратів за каталогом каталожні дані передбачуваного до установки апарата порівнюються з розрахунковими, причому розрахункові дані не повинні перевищувати номінальні (каталожні) параметри апаратів. При виборі комутаційних апаратів необхідно вказати тип привода, вид оперативного (постійного чи перемінного) струму, прийнятого на підстанції.. Остаточно вибір електроустаткування завершується після розрахунку струмів К.З Попередньо вибирається електроустаткування за розрахунковими величинами струму та напруги, які не повинні перебільшувати номінальні параметри обраного електроустаткування. Перелік основного електроустаткування, яке можна встановити на високій напрузі: трансформатори струму на вводі і для високовольтних споживачів, роз’єднувачі, масляні або вакуумні вимикачі, трансформатори напруги вимірювальні.

Високовольтне устаткування вибирати по [Л3]

Приклад вибору високовольтного обладнання

Виберемо електрообладнання яке встановлюється на вводі

Виберемо масляний вимикач струму вводу:

Обираємо масляний вимикач типу ВММ-10А-400-10У2

Виберемо роз’єднувач на вводі типу РВ-6/400 УЗ

Тип привода: ПР-10

Для підключення релейного захисту виберемо трансформатор струму на вводі типу ТВЛМ-6

для підключення релейного захисту по напрузі, а також для підключення релейних приладів виберемо вимірювальний трансформатор напруги на вводі типу НОСК-6У5

Виберемо трансформатор струму для підключення релейного захисту двигуна газодувки типу ТВЛМ-6

Розрахунок струмів короткого замикання

У системах електропостачання підприємств і установок можливе виникнення порушень нормального режиму роботи внаслідок чи старіння ушкодження ізоляції елементів електроустаткування, а також неправильних дій обслуговуючого персоналу. Основним видом аварійних порушень є короткі замикання (КЗ).

Розрахунок струмів при трифазному КЗ виконується в наступному порядку:

1. Для розглянутої схеми електропостачання складають розрахункову схему і по ній – електричну схему заміщення.

2 Шляхом поступових перетворень приводять схему заміщення до найбільш простого виду, при якому кожне джерело живлення (чи група джерел), що характеризується визначеним значенням результуючої ЭДС, був зв'язаний із крапкою КЗ одним результуючим опором X_рез

3. Знаючи величини результуючої э.д.с. джерела і результуючий опір, за законом Ома визначають початкове значення періодичної складової струму КЗ I_по, ударний струм i_у

При розрахунку струмів КЗ в установках напругою вище I кв, не враховують активні опори елементів системи електропостачання, якщо виконується умова

де r і X .- сумарні активний і реактивний опори елементів системи електропостачання до крапки КЗ.

Розрахунок струмів КЗ виконують, підраховуючи опори в іменованих чи відносних одиницях. Для визначення струму КЗ при розрахунку в іменованих одиницях всі електричні величини приводять до напруги ступіні, на якій знаходиться розрахункова тічка КЗ.

Розрахунок струмів К.З проводиться в іменованих одиницях, методику розрахунку дивитись лекційний матеріал і практична робота №10 по вивчаємо му предмету, де приведені формули, малюнки і приклад розрахунку. До розрахунку треба віднестись уважно, враховуючи особливості схеми, наявності тих чи інших елементів схеми.

Приклад розрахунку струмів К.З

Приймаємо, що напруга на шинах 6 кВ залишається незмінною, опір від джерела живлення до шин 6 кВ враховуємо. Розрахунок проводимо в іменованих одиницях.

Визначимо струми короткого замикання в точці К₁. Приймаємо U_б1=6,3 кВ.

Складемо схему заміщення.

Визначаємо опір від джерела живлення до шин 6 кВ ТП при заданому струмі вимкнення масляного вимикача 10 кА за формулою:

(44)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- номінальний струм вимкнення автомата, кА

Визначаємо опір кабелю вводу за формулами:

(45)

де - довжина кабелю від ГПП до трансформаторної підстанції, км;

- індуктивний опір однієї фази, Ом/км

(46)

Рисунок 2 – Розрахункова схема для визначення струмів К.З.

де - довжина кабелю від ГПП до трансформаторної підстанції, км;

- активний опір, Ом/км

Визначимо опір кабелю від шин 6 кВ до двигуна аспераційного пристрою за формулами:

(47)

Рисунок 3 – Схема заміщення №1

де - довжина кабелю від довжина кабелю від трансформаторної підстанції до двигуна, км;

- індуктивний опір однієї фази, Ом/км

(48)

де - довжина кабелю від довжина кабелю від трансформаторної підстанції до двигуна, км;

- активний опір, Ом/км

Визначимо опір двигуна аспераційної установки за формулою:

(49)

де - індуктивний опір у відносних одиницях електричних двигунів;

- базова (середня) напруга, кВ;

- номінальна потужність двигуна, МВ.А

(50)

Визначимо струм короткого замикання від системи за формулою:

(51)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від джерела живлення до шин 6 кВ та від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм;

- сумарний активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

(52)

де - індуктивний опір від джерела живлення до шин, мОм;

- індуктивний від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

(53)

де - активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм

Визначимо струм короткого замикання від двигуна за формулою:

(54)

де - базова (середня) висока напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна та індивідуальний опір двигуна, мОм;

- сумарний активний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна,

(55)

де - індуктивний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна,

- індуктивний опір двигуна, мОм

(56)

де - активний опір від шин трансформаторної підстанції до двигуна, мОм

Визначимо сумарний струм короткого замикання в точці k₁ за формулою:

(57)

де - струм короткого замикання від системи, кА;

- струм короткого замикання від двигуна М1, кА

Визначимо ударний струм короткого замикання від системи в точці К₁ за формулою:

(58)

де - струм короткого замикання від системи, кА;

- коефіцієнт

Визначимо ударний струм від двигуна за формулою:

(59)

де - струм короткого замикання від двигуна М1, кА;

- коефіцієнт

Визначимо сумарний ударний струм в точці k₁ за формулою:

(60)

де - ударний струм короткого замикання від системи, кА;

- ударний струм від двигуна, кА

При визначенні струмів короткого замикання на шинах 0,4 кВ цехової трансформаторної підстанції в точці k₂ приймаємо .

Рисунок 4 – Схема заміщення №2

Опір від системи до шин 6 кВ ТП приводимо до напруги 0,4 кВ:

(61)

де - сумарний індуктивний опір від джерела живлення до шин 6 кВ та від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм;

- коефіцієнт трансформації

(62)

де - сумарний активний опір від ГПП до трансформаторної підстанції, мОм;

- коефіцієнт трансформації

В виду віддаленості синхронного двигуна М₁ від точки k₂, впливом його на величину струмів короткого замикання на шинах 0,4 кВ нехтуємо.

Визначаємо опір трансформатора 6/0,4 кВ за формулою:

(63)

де - потужність короткого замикання в трансформаторі, кВт;

- базова (середня) низька напруга, кВ;

- номінальна потужність трансформатора кВ^.А

(64)

де - потужність короткого замикання в трансформаторі, кВт;

- базова (середня) низька напруга, кВ;

- номінальна потужність трансформатора кВ^.А;

- напруга короткого замикання в трансформаторі, кВ

Визначимо опір асинхронного двигуна М2 за формулою:

(65)

де - базова (середня) низька напруга, кВ;

- номінальна потужність двигуна, МВ^.А;

- коефіцієнт

Визначимо сумарні опір від системи до шин 0,4 кВ ТП з урахуванням опору шин, з’єднуючий трансформатор із збірними шинами 0,4 кВ й перехідного опору контактів, які прийнято рівним r_доб=2мОм за формулами:

(66)

де - активний опір трансформатора, мОм;

- додатний опір, мОм

(67)

де - індуктивний опір трансформатора, мОм;

Опором кабелю, яким двигун М2 підключений до шин 0,4 кВ, нехтуємо малою довжиною кабеля:

Визначаємо струм короткого замикання від системи в точці k₂ за формулами:

(68) де - базова (середня) низька напруга, кВ;

- сумарний індуктивний опір від системи до шин 0,4 кВ, мОм;

- сумарний активний опір від системи до шин 0,4 кВ, мОм

Визначимо струм короткого замикання від двигуна М2 за формулою:

(69)

де - номінальний струм двигуна, кА

(70) де - номінальна потужність двигуна, кВт;

- коефіцієнт потужності;

;

- базова (середня) низька напруга, кВ

Визначимо ударний струм короткого замикання в точці k₂ від системи за формулою:

(71)

де - коефіцієнт;

- струм короткого замикання від системи в точці k₂, кА

Визначимо ударний струм короткого замикання від двигуна М2 за формулою:

(72)

де - номінальний струм двигуна, кА

Визначимо сумарні струми короткого замикання в точці k₂ за формулами:

(73)

де - струм короткого замикання від системи в точці k₂, кА;

- струм короткого замикання від двох двигунів, кА

(74) де - ударний струм короткого замикання в точці k₂ від системи, кА;

- ударний струм короткого замикання від двох двигунів, кА

Перевірка виковольтного обладнання та струмоведучих частин на дію струму к.з

Для перевірки апаратів і струмоведучих частин на термічну стійкість при к.з. необхідно визначити величину теплового імпульса В_к, пропорційного кількості виділюваного при цьому тепла. Процеси, що відбуваються при коротких замиканнях, дуже складні і для визначення величини теплового імпульсу на підстанціях промислових підприємств користуються формулою

де I_п.о. – зверхперехідний струм к.з., кА;

t_откл. – дійсний час протікання струму к.з., що визначається конкретно для заданої крапки схеми.

Наприклад, на стороні вищої напруги ГПП із віддільниками і короткозамикачами

де t_з.т. – час дії захисту трансформатора (диференціального чи токового відсічення);

t_к.з. – час включення короткозамикача (по технічним даним для обраного типу короткозамикача);

t_з.л. – час дії захисту лінії з боку живильної підстанції; варто взяти до уваги максимальний струмовий захист;

t _о.у - час відключення вимикача на живильній підстанції (по технічним даним зазначеного типу вимикача);

Та - постійна часу загасання аперіодичної складової струму к.з.

Величина Та визначається по табл.7.1 [2] При обчисленні теплового імпульсу короткого замикання на шинах цехової підстанції час протікання струму к.з. складається з

t_{откл =} t _{з +} t _о.у

де t _з - час дії максимального токового захисту t _з = 0,5-1 c

t _о.у - каталожний час відключення вимикача, прийнятого до установки.

Величина В_к повинна визначатися з урахуванням призначення і місця апарата в схемі, тому що час протікання струму к.з. по елементах схеми може бути по-різному. Наприклад, для віддільника і короткозамикача воно різне, але для навчального проектування можна допустити визначення В_к по найбільшому t_откл і використовувати це значення для всіх елементів схеми.

Для установки на стороні вищої напруги ГПП варто вибрати основне устаткування відповідно до схеми комутації: вимикач, роз'єднувач, віддільник, короткозамикач. Вибір апаратів варто представляти у табличній формі.

Перетин збірних шин розподільного устрою на 0,4 кВ вибирають за умовою нагрівання тривалим робочим струмом, а вище 1000В по економічній щільності струму. Для РУ 6-10 кв варто приймати алюмінієві шини прямокутного перетину. Табличне значення тривалого припустимого струму шин зменшується на 5% при положенні шин на опорних ізоляторах у горизонтальній площині, тому що погіршуються умови охолодження

I^’ _дл.доп = 0 95 • I _дл.доп

Довгостроково припустимі величини струмів визначаються по

[2],с.511 чи [1],с.359.

Умова вибору по нагріву I^’ _дл.доп ≥ I_расч

Шини перевіряються за умовами термічної і динамічної стійкості. При перевірці шин і кабелів на термічну стійкість визначається мінімально припустимий перетин по нагріванню струмом короткого замикання

де В_к - розрахункова величина теплового імпульсу к.з, А² • с;

С - термічний коефіцієнт (функція), А• с^1/2 /мм²,

рівний для алюмінієвих шин - 95; для кабелів з

алюмінієвими жилами з паперовою ізоляцією 6 кв-98

і 10 кв-100; те ж, але з поліетиленовою ізоляцією -

62 і 65 відповідно.

Умова термічної стійкості S_мин ≤ S _выбр

S _выбр - перетин обраного чи кабелю шин.

При перевірці шин на динамічну стійкість розраховується механічна напруга в матеріалі шин σ_расч і порівнюється з припустимим значенням σ_доп.Умова динамічної стійкості

σ_расч≤ σ_доп

Значення припустимої напруги в матеріалі шин наприклад, для алюмінієвих шин марки АТ, А1 σ_доп =82,3 МПа.

Порядок визначення розрахункової величини напруги в матеріалі шин для односмужних шин наступний.

Визначається сила, що діє на шину середньої фази при трифазному короткому замиканні

де i_y - ударний струм к.з. А;

К_ф- коефіцієнт форми шин;

К_ф= I для прямокутних шин, тому що відстань між фазами значно більше периметра шин;

а - відстань між осями фаз, визначається безпосередньо для прийнятого до установки типу осередку РУ 6-10 кв; при відсутності таких даних для осередків КРУ можна приймати а = 260 мм;

l - відстань між сусідніми опорними ізоляторами, рівна розміру осередку КРУ по фасаду; для КРУ типів К-ХП

l = 900 мм, КМ-1Ф l = 750 мм чи 1125 мм.

Шина розглядається як багатопрогонова балка, що вільно лежить на опорах; згинальний момент шин

Далі визначається момент опору шини щодо осі, перпендикулярної дії зусилля. Для різного конструктивного виконання шинної конструкції ця величина розраховується по спеціальних формулах Для односмужних шин, розташованих в одній горизонтальній площині (рис,5) момент опору дорівнює

Напруга в матеріалі шин, що виникає при впливі згинаючого моменту, дорівнює

Приклад розрахунку перевірки високовольтного обладнання на дію струмів короткого замикання

Перевіримо кабелі вводу на термічну стійкість

Визначимо тепловий імпульс короткого замикання за формулою:

(75)

де - струм короткого замикання в системі, кА;

- час відключення масляного вимикача, с;

- час для мереж напругою 6-10 кВ, с

(76)

де - час дії максимального струмового захисту, с;

- час вимкнення мало масляних вимикачів, с

Визначимо мінімально-допустимий перетин кабелю з умови нагріву за формулою:

(77)

де - тепловий імпульс короткого замикання, кА^2.с;

- коефіцієнт температури та матеріалу провідника: для кабелів , для шин

Перевіримо кабель за умовою термічної стійкості:

Приймаємо до установки обраний раніше кабель марки ААБ S120´3

Визначимо мінімально-допустимий перетин шин з умови нагріву за формулою

Перевіримо шину за умовою термічної стійкості:

Приймаємо обрану раніше односмужну алюмінієву шину перетином S=50´6

Перевіримо шини на динамічну стійкість

Розрахуємо силу, що діє на шину при короткому замиканні за формулою:

(78)

де - коефіцієнт форми шин;

- ударний струм короткого замикання в системі, кА;

- розміри для шафів серії КРУ-ХІІ, мм

Визначимо вигинаючий момент шин за формулою:

(79)

де - сила, при короткому замиканні, Н;

- розмір для шафів серії КРУ-ХІІ, мм

Визначаємо момент опору шин при розташуванні шин плазом і в одній площині за формулою:

(80)

де , - розміри шини, мм

Визначимо розрахункову напругу у матеріалі шин за формулою:

(81)

де - вигинаючий момент шин, Н^.мм;

- момент опору шин, мм³

Перевіримо шини за допустимою напругою в матеріалі:

Остаточно приймаємо однополосну алюмінієву шину перетином S=50´6 мм

Вибір та перевірку вимикача проводимо у табличній формі:

таблиця

Умови вибору	Масляний вимикач вводу	Трансформатор струму вводу
Розрахункові дані	Каталожні дані	Розрахункові дані	Каталожні дані
Вибір по напрузі
Вибір по робочому струму	328,9		328,9
Вибір по вимикаючій можливості	8,6
Перевірка на динамічну стійкість	16,8	25,5	16,8
Перевірка на термічну стійкість	84,5		84,5	420,3

Вимикач типу ВММ-10А-400-10У2 задовольняє умовам вибору та перевірки та може бути прийнятий до встановлення

Далі вирішюється питання про встановлення реакторів

Для штучного збільшеня опору короткозамкнутого ланцюга використовують струмообмежуючі реактори. Встановлення реакторів може бути продиктоване необхідністю використання в мережі електропостачання кабелів невеликого перетину. Максимально допустимий струм КЗ для кабелю певного перетину можна визначити за формулою

Якщо струм КЗ буде більше І_п.о.доп реактор вибирають по напрузі, струму, по індуктивному опору [2],с 383

Розрахунок та вибір релейного захисту

приклад

Захист повітряних і кабельних ліній виконується від: між фазних і двофазних замикань та однофазних замикань на землю. Застосовується максимально струмовий захист МСЗ.

Визначимо струм спрацьовування МСЗ за формулою:

де - коефіцієнт запасу, вибирається з меж ;

- коефіцієнт повернення реле, вибираємо з меж ;

- коефіцієнт само запуску, вибираємо з меж ;

- струм вводу, А

Визначимо струм спрацьовування реле за формулою:

(83)

де - коефіцієнт запасу, вибираємо з меж ;

- коефіцієнт повернення токового реле, вибираємо з меж ;

- коефіцієнт самозапуску, вибираємо з меж ;

- струм вводу, А;

- коефіцієнт трансформації струму;

- коефіцієнт схеми, при з'єднанні в зірку

Захист високовольтних двигунів

приклад

Якщо в схемі є високовольтні двигуни, то реле максимального захисту налагоджується на струм спрацьовування з урахуванням пускового струму двигуна і підвищувального коефіцієнта надійності.

(84)

де - коефіцієнт для реле типу РТМ, вибираємо з меж ;

- пусковий струм, А

- коефіцієнт трансформації трансформатора струму;

- коефіцієнт схеми, при з'єднанні в зірку

(85)

де - номінальний струм двигуна, А;

зробити висновок, яке релє остаточно приймається

Розрахунок захисного заземлення

приклад

Розрахуємо контур захисного заземлення підстанції.

Загальний для мережі напругою 0,4-10 кВ периметр 120 м, сумарна довжина кабельних ліній, зв'язаних з шинами підстанції , грунт - суглинок.(задається викладачем)

Розрахуємо струм заземлення на землю в мережі 6кВ за формулою:

(86)

де - номінальна напруга, кВ;

- сумарна довжина кабельних ліній, км

Розрахуємо опір заземлення за формулою:

(87)

де - напруга короткого замикання, В;

- струм заземлення на землю, А

В якості вертикального заземлення приймаємо стержні з круглої сталі довжиною 5 м.

Питомий опір грунту -

Підвищувальний коефіцієнт - [ 1], с.260

Визначимо розрахунковий опір грунту за формулою:

(88) де - удільний опір грунту, Ом.м;[ 1], с 257

- підвищувальний коефіцієнт, [1],с.260

Визначимо опір одного пруткового електрода діаметром 12 мм та довжиною 5 м за формулою:

(89)

де - розрахунковий опір грунту, Ом.м

Розміщуємо заземлювачі по контуру через кожні 5 м.

Визначаємо кількість заземлювачів за формулою:

(90)

де - периметр контуру, м;

- відстань між заземлювачами, м

При відношенні та беремо коефіцієнт екранування [Л], с257

Перевіримо величину опору контуру за формулою:

(91)

де - опір одного стрижня, Ом;

- кількість заземлювачів, шт.;

- коефіцієнт екранування

Ом

Таким чином, 24 стрижні забезпечують необхідну величину опору заземлюючого контуру.

Література

[1] Ліпкін Б.Ю. “Електропостачання промислових підприємств і устаткування” Москва „вища школа” 1990 р.

[2] Коновалова Л.Л., Рожкова Л.Д. „Електропостачання промислових підприємств і устаткування” Москва „ЕНЕРГОАТОМІЗДАТ” 1989 р.

[3] Неклепаєв Б.М., Крючков І.П. „Електричні частини станцій і підстанцій” Москва „ЕНЕРГОАТОМІЗДАТ” 1989 р.

[4] Цигельман І.Е. „Електропостачання, електричні

І ндустріальний технікум Донбаського державного технічного університету ___________ Предметна комісія електротехнічних дисциплін ___________

Додаток А

І ндустріальний технікум Донбаського державного технічного університету ___________ Предметна комісія електротехнічних дисциплін ___________