Проектирование ответвительной подстанции

  Условия эксплуатации:рабочая температура  эксплуатации — от -60 до +40 °С; длительно допустимая температура нагрева жил в процессе эксплуатации — не более 90 °С;временное сопротивление разрыву, МПа (Н/мм2) — 160–195; - минимальный срок службы провода АС 700/86— не менее 45 лет; гарантийный срок эксплуатации 4 года с момента ввода проводов в эксплуатацию. 

 

Iд. ≥ Iрасч.(А)

1180 ≥1111

Условия соблюдаются.

 

 

Выбор шин высшего и низшего напряжения.

 

Шина питания предназначена для обеспечения питания установленного в шкафу оборудования.

Для ВН 35 кВ выбираем медную шину прямоугольным сечением50×6 мм2 с допустимым током 960 (А).

Шины в отличие от проводов и кабелей, по экономической плотности тока не выбираются, так как нагрузка по длине шин неравномерна  и  на многих участках меньше максимального тока. Поэтому сборные шины выбираются по допустимому току, т.е. шины должны удовлетворять условиям нагрева при максимальных нагрузках ремонтного или послеаварийного режима:

Iд. ≥ Iрасч.

(А

Шина подходит.

Выбор  на стороне НН. Для НН выбираем медную шину прямоугольного сечения 60×6 мм2 с допустимым током 1111. Проверим по длительно допустимому току:

Iд. ≥ Iрасч.(А)

1125 ≥ 1111

Шина подходит.

 

6. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ.

 

Коротким замыканием называют замыкание между фазами (фазными проводниками электроустановки), замыкание фаз на землю (нулевой провод) в сетях с глухо- и эффективно-заземленными нейтралями, а также витковые замыкания в электрических машинах.

Возникновение токов КЗ обусловлена: нарушением изоляции (старение изоляции), проезд под линиями передач не габаритных грузов, перенапряжение, механические повреждения электрооборудования, наброс посторонних тел на провода ЛЭП; неправильными действиями обслуживающего персонала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6. Схема замещения для тупиковой подстанции.

 

Проводим расчет в точке КЗ 1 на шинах высокого напряжения по формулам:

(6.1)  

где Xлэп – сопротивление на ВЛ,  Xудельн= 0,4 Ом/км – удельное сопротивление ВЛЭП, L = 15 км – длина питающей воздушной ЛЭП, Sб = 1000 МВ*А – базисная мощность, Uб – напряжение, на котором ведется расчет.

Xлэп = 0,4*15*(1000/352) = 4,896 о.е. (относительные единицы)

 

Т.к. сопротивления воздушных ЛЭП равны между собой, то их общее сопротивление находим по формуле:

(6.2)   Xрезультирующее1 = Xлэп/2

Xрезультирующее1 = 4,896/2 = 2,448 о.е. 
Находим ток КЗ, ударный ток и мощность КЗ:

(6.3)  

= 1000/(*35) = 16,5 кА

(6.4)  

Iкз1= 16,5/2,448 = 6,74 кА

(6.5)   iударный1 = kуд* Iкз1,

 где kуд = 1+e(-0,01/Ta) – ударный коэффициент, Ta= 0,002 сек – постоянная времени.  kуд = 1,0067 о.е.

iударный1 = 1,0067* 6,74 = 6,785 кА

(6.6)   Sкз1 = Sб/Xрез1

Sкз1= 1000/2,448 = 408,5 МВ*А

 

Схема замещения принимает упрощенный вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.к. подстанция тупиковая, то схема принимает следующий вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проводим расчет в точке КЗ 2 на шинах низкого напряжения по формулам:

(6.7)Xтр = 0,01*Uкз%*(Sб/Sном тр)

(6.8)  Uкз% = UтВН% + UтНН%,

где UтВН% и UтНН% - напряжения КЗ в % на ВН и НН

(6.9)UтВН% = 0,5 (Uкв-н% + Uкв-с% - Uкс-н%)

(6.10)UтНН% = 0,5 (Uкв-н% + Uкс-н% - Uкв-с%)

UтВН% = 0,5*(45+ 11- 28) = 14 о.е.

UтНН% = 0,5*(45+ 28- 11) = 31 о.е.

Uкз% = 14+ 31 = 45 о.е.

Xтр= 0,01*11,5*(1000/63) = 1,82о.е.

 

Определяем сопротивление кабельных линий по формулам:

(6.11)Xкаб1 = Xкаб2 = Xуд*L*(Sб/Uб2),

где Xуд = 0,08 Ом/км – удельное сопротивление КЛ, L = 8 км - длина питающей КЛ.

Xкаб = 0,08*8*(1000/102) = 6,4о.е.

Находим общее результирующее сопротивление с помощью формул:

(6.12)    X1 = X2 = Xтр + Xкаб

X1 = X2= 1,82 + 6,4 = 8,22о.е.

Схема принимает вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т.к. X1 и X2 равны между собой, то их общее сопротивление находим по формуле:

X3 = 8,22/2 = 4,11о.е

 

 

 

 

Схема принимает вид:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Находим общее результирующее сопротивление:

Xрез2 = Xрез1 + X3 = 0,082 + 4,11 = 4,192о.е.

Определяем ток КЗ, ударный ток и мощность КЗ:

(6.13)  Iб = Sб/(*Uб);

Iб= 1000/(*10) = 57,8 кА

(6.14)  Iкз2 = Iб/Xрез2;

Iкз2= 57,8/4,192  = 13,8 кА

(6.15) iуд2 = kуд* Iкз2;

iуд2= 1,0067 * 13,8 = 14 кА

(6.16)  Sкз2 = Sб/Xрез2;

Sкз2= 1000/4,192 = 238,5 МВ*А

Таким образом, на стороне ВН:

Iкз1 = 6,74 кА

iуд1 = 6,78 кА

Sкз1 = 408,5 МВ*А

На стороне НН:

Iкз2 = 13,8 кА

iуд2 = 14 кА

Sкз2 = 238,5 МВ*А

 

 

 

 

 

 

 

 

7. ВЫБОР КОММУТАЦИОННЫХ АППАРАТОВ  ПО ТОКАМ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ

 

7.1 СИЛОВЫЕ ВЫКЛЮЧАТЕЛИ.

 

Выключатель – это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока. Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения в цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная работа. Наиболее тяжелой и ответственной операцией является отключение токов короткого замыкания и включение на существующее короткое замыкание.

Совершенствование высоковольтных выключателей привело к изменению принципов построения подстанции. Ранее схемы подстанций ПС проектировались исходя из того, что выключатели имеют большую потребность в техническом обслуживании, поэтому с каждой из сторон выключателя устанавливался разъединитель. Такой принцип позволяет производить плановое обслуживание выключателей, не затрагивая ближайшие участки. Для современных выключателей интервал между обслуживанием составляет более 15 лет. Благодаря этому при проектировании ПС в основном необходимо уделять внимание необходимости вывода в обслуживание отходящих линий, трансформаторов, реакторов и т. д. Изменение принципов проектирования дало возможность совместить функцию разъединения с выключателем, создав, таким образом, новый аппарат – выключатель- разъединитель ВР. Благодаря тому, что главные контакты BP находятся в защищенной среде элегаза (SFg), свободной от загрязнений, функция разъединителя имеет высокую надежность, интервал между обслуживанием увеличивается, повышая тем самым общую эксплуатационную готовность ПС.

Совершенствование выключателей привело к значительному снижению потребности в обслуживании и повышению надежности. Период между работами по обслуживанию, когда требуется снимать напряжение с первичной цепи, у современных элегазовых выключателей составляет 15 и более лет. В то же время периодичность обслуживания и надежность разъединителей с контактами, расположенными в открытом воздухе, не подверглись существенному улучшению. В основном все было сосредоточено на сокращении расходов путем оптимизации использования материалов. Интервал обслуживания главных контактов разъединителей составляет от двух до шести лет, в зависимости от принятой на эксплуатирующем предприятии практики и уровня загрязнений (например, промышленные загрязнения и/или естественные загрязнения, такие как песок и соль).Надежность выключателей повышалась, благодаря совершенствованию технологии гашения дуги: от воздушных и масляных к современным элегазовым выключателям. В то же время число последовательно включенных дугогасительных камер было уменьшено и сегодня колонковые выключатели на напряжение до 300 кВ могут быть изготовлены всего с одним разрывом на полюс. Отсутствие выравнивающих конденсаторов для колонковых выключателей с двумя разрывами на полюс еще более упростило первичную цепь, повысив тем самым надежность. Сейчас выключатели на напряжение до 550 кВ могут быть изготовлены без выравнивающих конденсаторов, что позволяет создавать ВР вплоть до этого напряжения.

Вакуумные силовые выключатели ВВСТ-35 являются трехпопюсными открытыми силовыми выключателями для номинального напряжения до 35 кВ. Вакуумный силовой выключатель состоит из стальной конструкции и приводной коробки с пружинным приводом и управляющими элементами, и базовой рамы с тремя полюсами, снабженные установленные на фарфоровых изоляторах вакуумными камерами, а также фальтштангами.

 

Таблица №4. Выбор выключателя.

Расчетные параметры	Условия выбора	Технические характеристики
U уст = 35 кВ	≤	U ном =35 кВ	Соблюдено
I рабоч. max = 178 А	≤	I ном, А = 1600 А	Соблюдено
Iкз1 = 6,74 кА	≤	I дин, кА = 40 кА	Соблюдено
iуд1 = 6,78 кА	≤	i дин, кА = 102 кА	Соблюдено
I n,τ = I кз = 6,74 кА	≤	I откл. ном, кА = 40 кА	Соблюдено
Вк = 8,267 кА2сек	≤	I2термич*tтерм от 40/3 = 4800 кА2сек	Соблюдено

 

Для выключателя Вк находил по формуле:

(7.1.1)Вк =  I2кз*(tрз+tотклвыкл+Tа),

где tрз– время включения релейной защиты = 0,1 сек,  tотклвыкл– время отключения выбранного выключателя (берется из справочника) = 0,08 сек, Ta = 0,002 сек

Bк = 6,742*(0,1+0,08+0,002) = 8,267 кА2сек

Итак, окончательно выбираем воздушный выключатель наружной установки марки ВВСТ – 35 - 1 с I ном = 1600 А, с U ном = 35 кВ для работы в районах с умеренным или холодным климатом на открытом воздухе.

 

7.2. ОТДЕЛИТЕЛИ.

 

Отделитель — высоковольтный аппарат, предназначенный для автоматического отключения повреждённых участков цепи в бестоковую паузу АПВ, поскольку его конструкция не рассчитана на гашении электрической дуги. Устройство отделителя такое же как и разъединителя. Отличие от последнего в том, что отделитель в комбинации с короткозамыкателем создаёт систему отделитель — короткозамыкатель которая представляет альтернативу высоковольтному выключателю.

Отделители устанавливаются на трансформаторных подстанциях без выключателя на стороне высшего напряжения в сетях наружных установок на номинальное напряжение 35 кВ, 110 кВпеременного тока частоты 50 Гц. Отделители совместно с приводом ШПО(М) обеспечивают автоматическое отключение и ручное включение при:

• высоте установки над уровнем моря не более 1000 м;
• верхнем рабочем значении температуры окружающего воздуха плюс 40°С;
• нижнем рабочем значении температуры окружающего воздуха минус 60°С.

Выбираем Отделитель типа ОДЗ-35 с ножами заземленияРасчетный гололед для отделителей 35 кВ - 10 мм.Предельный сквозной ток (амплитуда) - 80 кА. Длительность протекания тока термической стойкости для главных ножей отделителя 35 кВ - 4с, для остальных напряжений - 3 с, для заземляющих ножей всех отделителей - 1с..

 ≤ 

 

Условие соблюдается.

 

7.3. РАЗЪЕДИНИТЕЛЬ.

 

Разъединитель представляет собой коммутационный аппарат, используемый для включения и отключения электрических цепей в таких условиях, при которых на его контактах не возникает длинной открытой электрической дуги. В отключенном положении разъединителя на его контактах создается видимый разрыв. Кроме того, разъединители наружной установки рассчитываются на возможность разрыва посредством их ножей зарядных токов воздушных и кабельных линий, а также токов холостого хода силовых трансформаторов и токов небольших нагрузок. Поэтому их контакты часто снабжаются дугогасительными рогами.Отличительной чертой разъединителей, а также отделителей и короткозамыкателей в сравнении с выключателями является отсутствие дугогасительных устройств.Основное назначение разъединителя заключается в изоляции отключенных частей электрической цепи с целью безопасного ремонта оборудования.Разъединители строятся для внутренней и для наружной установки на всю шкалу токов и напряжений. Они могут выполняться как трехполюсными на общей раме (обычно при напряжениях до 35 кВ), так и однополюсными при более высоких напряжениях. Последнее обусловлено тем, что при напряжениях свыше 35 кВ требуемые расстояния между фазами достаточно велики и общая рама получается чрезвычайно громоздкой и тяжелой.Основным элементом разъединителя являются его контакты. Они должны надежно работать при номинальном режиме, а также при перегрузках и сквозных токах короткого замыкания. В разъединителях применяют высокие контактные нажатия. При больших токах контакты выполняют из нескольких (до восьми) параллельных пластин. Применяют пластины прямоугольного, швеллерного и круглого сечения.Разъединители могут иметь приводы: ручной - оперативную штангу, рычажной или штурвальный и двигательный - электрический, пневматический.Во избежание ошибочных действий, т.е. размыкания под током, что может привести к крупным авариям и несчастным случаям, разъединитель всегда блокируется с выключателем. Блокировка допускает оперирование разъединителем только при отключенном выключателе. По исполнению блокировка может быть механической, механической замковой, электромагнитной замковой. Конструктивное различие между отдельными типами разъединителей состоит прежде всего в характере движения подвижного контакта (ножа). По этому признаку различают разъединители: вертикально-поворотного (врубного) и горизонтально-поворотного типов с вращением ножа в плоскости, параллельной или перпендикулярной осям поддерживающих изоляторов данного полюса;с прямолинейным движением вдоль размыкаемого промежутка либо только ножа, либо ножа совместно с изолятором (катящегося типа);со складывающимся ножом, со сложным движением (поворот и складывание) ножа и др.Основные требования, предъявляемые к разъединителям: