Расчет тяговой подстанции переменного тока

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6 Проверка оборудования тяговой подстанции

     Выбранное  по условиям длительного режима  оборудование тяговой подстанции следует проверить на электродинамическую и термическую стойкость. Согласно ПУЭ на электродинамическую стойкость не проверяют аппараты и проводники, защищенные предохранителями с плавкими вставками на ток до 60 А, а также аппараты и шины цепей трансформаторов напряжения при условии их расположения в отдельной камере.

     В  общем случае, для проверки электродинамической  стойкости оборудования необходимо находить механические напряжения в материале оборудования и сравнивать их с допустимыми значениями в соответствии с условием:

                               .   (6.1)

     Непосредственно  такой подход реализуется только  для проверки жёстких шин. Для  остальной типовой электрической  аппаратуры используется косвенный подход, при котором заводы-изготовители приводят гарантийный ток к. з., при котором обеспечивается электродинамическая стойкость, т.е. должно соблюдаться условие:

                                 (6.2)

где - расчетное значение ударного тока к.з.;

- каталожное нормируемое значение  динамического (предельного сквозного)  тока к. з.

     При  проверке на термическую стойкость  оборудования также используется косвенный подход, при котором определяется не температуру нагрева оборудования, а характеризующие ее показатели.

     Для  шин проверка на термическую  стойкость заключается в определении наименьшего сечения , термически устойчивого при к. з.

                               ,   (6.3)

где - выбранное по   сечение шин;

- минимально значение сечения,  при котором протекание тока  к. з. не вызывает нагрев проводника выше кратковременно допустимой температуры; 

     Для остальной аппаратуры проверка на термическую стойкость заключается в сравнении расчетного теплового импульса тока к.з. В_к с нормируемым значением В_н:

                               .    (6.4)

     Нормируемый  тепловой импульс В_н задается либо непосредственно в каталогах, либо определяется через приводимые значения тока I_T  и время   t_T термической стойкости:

                                   (6.5)

     Расчетный  тепловой импульс может быть определен по выражению:

                                 (6.6)

где I_ПО – начальное значение периодической составляющей тока к. з.;

Т_а – постоянная времени апериодической составляющей тока к. з., принимаем равной 0,05 с;

     Время,  в течение которого проходит  ток к. з., равно:

                              t_откл=tз+t_в,      (6.7)

где tз- время действия защиты рассматриваемой цепи;

t_в – полное время отключения выключателя до погасания дуги. 

Токоведущие части и изоляторы.

     Сборные шины и ошиновка в РУ 27,5, 35, 110 кВ выполняются гибкими сталеалюминевыми проводниками с площадью сечения соответственно 400, 300,150 мм². Эти провода на электродинамическую стойкость не проверяют в виду большого расстояния между фазами.

     Шины 0,4 кВ выполняются жесткими алюминиевыми проводами А-60/6

                         < ,

                        866 А <1000 А;

На электродинамическую  стойкость шины проверяем по условию (6.2):

Для этого определим =M/W,

где М – наибольший изгибающий момент, кН;

                                    (6.8)

где f- сила, действующая на единицу длины каждого из двух параллельных проводников, имеющих небольшое поперечное сечение по сравнению с расчетным между шин, Н/м.

                                                    (6.9)

где l – длина пролета, т.е. расстояние между соседними шинами, м

принимаем l=0,9 м.

- коэффициент формы, зависящий от формы сечения проводников и их взаимного расположения, принимаем равным 1;

=25,5кА - ударный ток (по таблице  4.1);

а=0,2см -  расстояние между шинами; 

                         Н/м;

Подставив полученные числовые значения запишем:

                         Н/м;

W- момент сокращения сечения шины, м³;

                            (6.10)

где h= ширина шины, м;

                          м³;

Таким образом, получим:

                         Н/м²

Шины механически  устойчивы, т.к. для алюминиевых шин  =650 кН/м², условие (6.1) выполняется:

                        50,6 650; 
 

                        

       
 
 
 
 

     Рис.6    Эскиз расположения шин и формы их сечения

     Проверку на термическую стойкость производим по формуле (6.3), в которой наименьшее сечение, при котором протекание тока к. з. не вызывает нагрев проводника выше кратковременно допустимой температуры, определяется по выражению:

                                

где В_к – тепловой импульс к. з., который найдем по выражению (6.6), кА²·с;

С- константа, значение которой для алюминиевых шин равно 90 А·с^1,2/мм²;  

Для шин 110 кВ

Время тока к. з.:

t_откл110=1,6·0,05=1,65 с;

Расчетный тепловой импульс:

  кА²·с;

Наименьшее сечение:

 мм² ;

 

                                  

 

  Для шин 35 кВ

Время тока к. з.:

t_откл35=1,0·0,05=1,05 с;

Расчетный тепловой импульс:

  кА²·с;

Наименьшее сечение:

 мм² ;

  

 Для шин 27,5 кВ

Время тока к. з.:

t_откл27,5=0,9·0,05=0,95 с;

Расчетный тепловой импульс:

  кА²·с;

Наименьшее сечение:

 мм² ;

  

Для шин 0,4 кВ

Время тока к. з.:

t_откл0,4=0,5·0,05=0,55 с;

Расчетный тепловой импульс:

  кА²·с;

Наименьшее сечение:

 мм² ;

 мм²; 

; 

Высоковольтные  выключатели

     Помимо  проверки на электродинамическую  и термическую стойкость в  соответствии с выражениями (6.2) и (6.3) высоковольтные выключатели проверяются ещё на отключающую способность.

     Отключающая  способность выбранного выключателя  проверяется для момента расхождения контактов τ на симметричный ток отключения I_nτ и возможность отключения апериодической составляющей i_aτ, а также по параметрам напряжения восстановления на контактах выключателя после погасания дуги.

     Время  τ от начала к. з. до расхождения  контактов выключателя пределяяем по выражению:

                         ,             (6.11)

где наименьшее время действия релейной защиты, принимаем 0,01 с;

- собственное время отключения выключателя, время от момента подачи импульса на электромагнит отключения выключателя до момента расхождения контактов.

     В  курсовом проекте источником  питания является система бесконечной мощности ( ), поэтому I_nτ равно действующему значению тока к. з., т.е. I_nτ = I_к.

Тогда условие  проверки на симметричный ток отключения имеет вид:

                               ,   (6.12)

где - номинальный ток отключения выключателя.

    Проверка  на отключение апериодической составляющей тока к. з производится по условию:

                               ,   (6.13)

где - апериодическая составляющая тока к. з. в момент расхождения контактов выключателя:

,    (6.14)

где Т_а = 0,05с; i_а.ном- номинальное нормируемое значение апериодической составляющей тока к. з..

      Значение i_а.ном находится по выражению:

                               ,   (6.15)

где - номинальное содержание апериодической составляющей, которое можем найти по выражению:

                                                                 (6.16)

Для выключателя, имеющих τ ≥ 0,09 с, принимается  =0. В этом случае проверку выключателя можно производить только на симметричный ток отключения. Проверку выключателя по параметрам восстанавливающегося напряжения обычно не производят, т.к. в подавляющем большинстве случаев реальные условия восстановления напряжения на контактах выключателя соответствует условиям испытания выключателя.

     Проверка  выключателя на включающую способность  производится по условиям:

                            (6.17)

где  действующее значение номинального тока включения;

- амплитудное значение номинального тока включения.

     Выключатель ВМТ-1106-25/1250

На электродинамическую  стойкость 

 кА≤ =40 кА;

На термическую  стойкость 

 кА; = 3 c; кА²·с;

 А;  с;

 кА²·с;

 кА²·с ≤ кА²·с;

На отключающую  способность 

 с;  с;

 с;

Проверим на симметричный ток отключения по формуле (6.12)

 кА; кА;

      ;

Проверим на выключение апериодической составляющей токаи к. з. по формуле (6.13):

       кА;

 

 кА;

;