где Iп.τ – действующее значение периодической составляющей тока короткого замыкания для времени τ, определяется расчетом.
Затем проверяется возможность отключения апериодической составляющей тока короткого замыкания iа.τ в момент расхождения контактов τ по условию
Если условие Iп.τ ≤ Iотк.ном – соблюдается, а iа.τ > iа.ном, то допускается проверку по отключающей способности производить по полному току короткого замыкания:
Отключающая способность выключателя определяется током отключения Iотк.ном, который записывается в число его паспортных показателей. В качестве Iотк.ном указывается наибольшая величина действующего значения периодической составляющей тока, которую успешно отключает дугогаситетельное устройство первогасящей фазы трехфазного выключателя при условии, что восстанавливающееся на межконтактном промежутке напряжение соответствует нормированному его значению. Нормированные значения переходного восстанавливавшегося напряжения (НПВН) в настоящее время определены ГОСТ 657-78 и приводятся, в виде координат точек, огибающих НПВН и допустимых значений скоростей восстановления напряжения в зависимости от номинальных напряжений выключателей и соотношения между фактическим и номинальным токами отключения. Для правильного выбора выключателя, следовательно, нужно знать и сопоставлять с паспортным значением не только расчетный ток короткого замыкания в месте его установки, но и соответствующее этому току восстанавливающееся напряжение. Процесс восстановления напряжения в сетях в случае отсутствия шунтирующих дугогасительные промежутки выключателя сопротивлений обычно имеет колебательный характер, при их наличии, как правило, экспоненциальный. Для определения параметров восстанавливающегося напряжения необходимо построить схему замещения электроэнергетической системы, в которой выбираемый выключатель должен быть поставлен в наиболее тяжелые расчетные условия.
Проверка включающей способности производится по условию
iу ≤iвкл; Iп.o≤ Iвкл
где iу − ударный ток короткого замыкания в цепи выключателя; Iп.o − начальное значение периодической составляющей тока короткого замыкания в цепи выключателя; Iвкл − номинальный ток включения (действующее значение периодической составляющей); iвкл − наибольший пик тока включения (по каталогу). Заводами изготовителями соблюдается условие
iвкл = 2 kу Iвкл
где kу =1,8 − ударный коэффициент, нормированный для выключателей.
Проверка по двум условиям необходима потому, что для конкретной системы kу может быть более 1,8.
Электродинамическая стойкость выключателя задана номинальным током электродинамической стойкости в виде двух значений: действующего значения предельного сквозного тока короткого замыкания Iпр.скв и амплитудного значения предельного сквозного тока короткого замыкания iпр.скв, определяемых по каталогам или справочникам.
Указанные токи связаны между собой соотношением:
iпр.скв = 2 kу Iпр.скв = 2,55Iпр.скв
где kу =1,8 – ударный коэффициент, нормированный для выключателей.
Проверка на электродинамическую стойкость выполняется по условиям
Iп.0 ≤ Iпр.скв=Iдин
iу ≤ iпр.скв= iдин
где Iп.0 – начальное значение периодической составляющей тока короткогозамыкания в цепи выключателя; iу – ударный ток короткого замыкания в той же цепи; Iдин, iдин– нормативные токи, электродинамическая составляющая.
Необходимость проверки по двум условиям объясняется тем, что для конкретной системы расчетное значение kу может быть более 1,8, указанного ГОСТом для выключателей.
На термическую стойкость выключатель проверяется по тепловому импульсу тока короткого замыкания:
где Вк – тепловой импульс по расчету; Iтер – предельный ток термической стойкости по каталогу; tтер – длительность протекания тока термической стойкости по каталогу.
Приводы к высоковольтным выключателям выбирают по каталогу в соответствии с типом выключателя. При этом необходимо учитывать, что приводы на оперативном постоянном токе требуют установки аккумуляторной батареи или устройств, заменяющих ее.
Выключатель — это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока
Короткозамыкатель - это коммутационный аппарат, предназначенный дт создания искусственного КЗ в электрической цепи.
Ограничители ударного тока (ОУТ) — это сверхбыстродействующие коммутационные аппараты взрывного действия на большие номинальные токи для установок 6 — 30 кВ.
Разъединитель — это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключенном положении изоляционный промежуток.
Разъединители, отделители, выключатели нагрузки выбираются:
по номинальному напряжению Uуст ≤ Uном
по номинальному длительному току Iрабmax ≤ Iном
по конструкции, роду установки;
по электродинамической стойкости
iу ≤ iпр.скв
Iп.0 ≤ Iпр.скв
Где Iпр.скв – предельный сквозной ток короткого замыкания (амплитуда и действующее значение), определяемые по каталогу;
по термической стойкости
Вк ≤ Iтер tтер
где Вк – тепловой импульс по расчету; Iтер – предельный ток термической стойкости; tтер − длительность протекания предельного тока термической стойкости, определяются по каталогу. Короткозамыкатель выбирается по тем же условиям, но выбор по номинальному току не требуется. При выборе выключателей нагрузки следует добавить условие выбора по току отключения:
Iраб.max ≤ Iотк
где Iотк − номинальный ток отключения выключателя нагрузки.
Отключающая способность выключателя нагрузки рассчитана на отключение токов рабочего режима.
3.7 Выбор токоведущих частей
Токоведущие части в распределительных устройствах 35 кВ и выше электростанций и подстанций обычно выполняются гибкими сталеалюминевыми проводами АС или АСО. Гибкие провода применяются также для соединения блочных трансформаторов с ОРУ. При напряжении 500 кВ могут быть применены полые алюминиевые провода марки ПА. При номинальных напряжениях 750 и 1150 кВ следует применять только провода марки ПА. При этом число проводов в фазе получается минимальным, уменьшается расход алюминия и число гирлянд изоляторов, упрощается монтаж. В некоторых конструкциях открытых распределительных устройств часть или вся ошиновка и сборные шины могут выполняться жесткими из алюминиевых труб. Соединение генераторов и трансформаторов с закрытым или комплектным распредустройством 6…10 кВ осуществляется гибким подвесным токопроводом, шинным мостом или закрытым комплектным токопроводом. Гибкие токопроводы для соединения генераторов и трансформаторов с РУ 6…10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах-обоймах. Два провода из пучка – сталеалюминевые. Они несут в основном механическую нагрузку от собственного веса, гололеда и ветра.
Остальные провода – алюминиевые. Они являются только токоведущими. Сечения отдельных проводов в пучке рекомендуется выбирать возможно большими (500, 600 мм2), так как это уменьшает их число и стоимость токопровода. Все соединения внутри закрытого распредустройства 6…10 кВ, включая сборные шины, выполняются жесткими голыми алюминиевыми шинами прямоугольного или коробчатого сечения. При токах до 3000 А в закрытых распредустройствах 6…10 кВ применяются однополосные и двухполосные алюминиевые шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают лучшие условия охлаждения и меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта. Проводники линий электропередач, длинных связей блочных трансформаторов с ОРУ, токопроводы генераторного напряжения выбираются по экономической плотности тока:
где Iнорм − ток нормального режима (без перегрузок); jэ − нормированная плотность тока, А/мм2.
Сечение, выбранное по экономической плотности тока, проверяется на нагрев (по допустимому току) в послеаварийном и ремонтном режимах работы электроустановки.
Условие выбора
Iраб.max < Iдоп
где Iдоп – допустимый по нагреву ток шины выбранного сечения при температуре охлаждающей среды, отличной от нормируемой.
При горизонтальной прокладке жёстких шин прямоугольного сечения и расположении их плашмя допустимый ток следует уменьшить на 5% для полос шириной до 60 мм включительно и на 8% для полос большей ширины.
Выбору по экономической плотности тока не подлежат: сети промышленных предприятий и сооружений напряжением до 1 кВ и при Тmax до 5000 ч; ответвления к отдельным электроприёмникам U<1 кВ, а также осветительные сети; сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений; сети временных сооружений, а также устройства со сроком службы 3−5 лет.
Сечение этих проводов выбирается по допустимому току. При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин.
Проверка шин на термическую стойкость производится по условию
S≥Smin
где S – выбранное сечение; Smin – минимальное сечение проводника, отвечающее требованию термической стойкости при коротком замыкании. Шины, выполненные голыми проводами на открытом воздухе, провода воздушных линий, не оборудованных устройствами АПВ, на термическое действие тока короткого замыкания не проверяются.
Проверка шин на электродинамическую стойкость.
Жесткие шины, укрепленные на изоляторах, представляют собой динамическую колебательную систему, на которую воздействуют электродинамические силы. Если собственные f0 частоты колебательной системы шины-изоляторы совпадут с частотой изменения электродинамических сил, то механические нагрузки на шины и изоляторы возрастут. Если собственная частота колебаний f0 меньше 30 и больше 200 Гц, то механического резонанса не возникает. В большинстве практически применяемых конструкций шин эти условия соблюдаются, поэтому ПУЭ не требуют проверки на электродинамическую стойкость с учетом механических колебаний шинной конструкции. В отдельных случаях, например при проектировании новых конструкций, производится определение частоты собственных колебаний
где l – длина пролета между изоляторами, м; J − момент инерции поперечного сечения шины относительно оси, перпендикулярной направлению изгибающей силы; S – поперечное сечение шины, см2; К – коэффициент, зависящий от материала шин (для алюминия К =173,2; для меди К=125,2). Изменяя l и S, добиваются того, чтобы механический резонанс был исключен, т.е. f0 > 200 Гц.
3.8 Закрытые распределительные устройства. (ЗРУ)
Распределительное устройство — это электроустановка, предназначенная для приема и распределения электрической энергии, содержащая электрические аппараты, шины и вспомогательные устройства.
Если распределительное устройство расположено внутри здания, то оно называется закрытым. Закрытые распределительные устройства (ЗРУ) сооружаются обычно при напряжении 3 — 20 кВ. При больших напряжениях, как правило, сооружаются открытые РУ. Однако при ограниченной площади под РУ или при повышенной загрязненности атмосферы, а также в районах Крайнего Севера могут применяться ЗРУ на напряжения 35-220 кВ.
Распределительные устройства должны обеспечивать надежность работы электроустановки, что может быть выполнено только при правильном выборе и расстановке электрооборудования, при правильном подборе типа и конструкции РУ в соответствии с ПУЭ.
Обслуживание РУ должно быть удобным и безопасным. Размещение оборудования в РУ должно обеспечивать хорошую обозреваемость, удобство ремонтных работ, полную безопасность при ремонтах и осмотрах. Для безопасности соблюдаются минимальные расстояния от токоведущих частей для различных элементов ЗРУ.
Неизолированные токоведущие части во избежание случайных прикосновений к ним должны быть помещены в камеры или ограждены.
Ограждение может быть сплошным или сетчатым. Во многих конструкциях ЗРУ применяется смешанное ограждение — на сплошной части ограждения крепятся приводы выключателей и разъединителей, а сетчатая часть ограждения позволяет наблюдать за оборудованием. Высота такого ограждения должна быть не меньше 1,9 м, при этом сетки должны иметь отверстия размером не более 25 х 25 мм. Ограждения должны запираться на замок. Неизолированные токоведущие части, расположенные над полом на высоте до 2,5 м в установках 3-10 кВ и 2,7 м в установках 20-35 кВ, должны ограждаться сетками, причем высота прохода под сеткой должна быть не менее 1,9 м. Осмотры оборудования производятся из коридора обслуживания, ширина которого должна быть не меньше 1 м при одностороннем и 1,2 м при двустороннем расположении оборудования.
Если в коридоре ЗРУ размещены приводы разъединителей и выключателей, то ширина такого коридора управления должна быть соответственно 1,5 и 2 м.
Если в ЗРУ применяются ячейки КРУ, то ширина прохода для управления и ремонта КРУ выкатного типа должна обеспечивать удобство перемещения и разворота выкатных тележек, поэтому при однорядном расположении ширина определяется длиной тележки плюс 0,6 м, при двухрядном расположении — длиной тележки плюс 0,8 м. При наличии прохода с задней стороны КРУ его ширина должна быть не менее 0,8 м.
Из помещений ЗРУ предусматриваются выходы наружу или в помещения с несгораемыми стенами и перекрытиями: один выход при длине РУ до 7 м, два выхода по концам при длине от 7 до 60 м, при длине более 60 м - два выхода по концам и дополнительные выходы с таким расчетом, чтобы расстояние от любой точки коридоров РУ до выхода не превышало 30 м. Двери из РУ должны открываться наружу и иметь самозапирающиеся замки, открываемые без ключа со стороны РУ. ЗРУ должно обеспечивать пожарную безопасность. Строительные конструкции ЗРУ должны отвечать требованиям СНиП, а также правилам пожарной охраны (ППО). Здание РУ сооружается из огнестойких материалов.
При проектировании ЗРУ предусматриваются меры для ограничения распространения возникшей аварии. Для этого оборудование отдельных элементов РУ устанавливается в камерах — помещениях, ограниченных со всех сторон стенами, перекрытиями, ограждениями.
Если часть ограждений сетчатая, то камера называется открытой. В таких камерах устанавливаются разъединители, безмасляные и маломасляные выключатели и баковые выключатели с количеством масла до 25 кг. В современных ЗРУ баковые выключатели с большим количеством масла (более 60 кг) не применяются, так как для их установки надо предусматривать закрытые камеры с выходом наружу, что значительно усложняет строительную часть. При установке в ЗРУ масляных трансформаторов предусматриваются меры для сбора и отвода масла в маслосборную систему. В ЗРУ предусматривается естественная вентиляция помещений трансформаторов и реакторов, а также аварийная вытяжная вентиляция коридоров обслуживания открытых камер с маслонаполненным оборудованием.
Распределительное устройство должно быть экономичным. Стоимость сооружения РУ слагается из стоимости строительной части, электрического оборудования, электромонтажных работ и накладных расходов. Для уменьшения стоимости строительной части по возможности уменьшают объем здания и упрощают его конструкцию. Значительное уменьшение стоимости достигается применением зданий РУ из сборных железобетонных конструкций, заменивших кирпичную кладку, применявшуюся раньше. Для уменьшения стоимости электромонтажных работ и ускорения сооружения РУ широко применяют укрупненные узлы, собранные на специализированной монтажной базе. Такими узлами могут быть камеры и шкафы со встроенным электрооборудованием: камеры для сборных шин и шинных разъединителей, шкафы управления выключателями, шкафы линейных разъединителей и т. п. Для присоединения линий 6-10 кВ в современных РУ широко применяют шкафы комплектных распределительных устройств. Применение укрупненных узлов позволяет использовать индустриальные методы сооружения ЗРУ с максимальной механизацией электромонтажных работ.
Распределительное устройство, смонтированное из укрупненных узлов, называется сборным. В сборном РУ здание сооружается в виде коробки, без каких-либо перегородок, зального типа. Основу камер составляет стальной каркас, а перегородки между камерами выполняют из асбоцементных или гипсолитовых плит. Уменьшение стоимости РУ достигается также сооружением их по типовым проектам, которые разрабатываются ведущими проектными организациями.
Схема первичной коммутации ПС 110/10 кВ
Заключение
В результате проведенной курсовой работы проведен расчет электрической части подстанции, определены токи короткого замыкания, выбран тип подстанции. На основании расчетов выбраны различные виды электрических аппаратов и построена схему первичной коммутации подстанции 110/10 кВ.
Список литературы
1. Правила устройства электроустановок.Т-2-й (с изм. и доп.,по состоянию на 1 ноября 2005 г.) место изд. Сиб. универ. изд-во,2005. – 854 с.
2. Рожкова Л.Д. , Козулин В.С. Электрооборудование станций и подстанций. 2-е изд. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 648 с.
3. Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: учебник для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.:Энергоатомиздат, 1986. – 640 с.
4. Крючков И.П., Кувшинский Н.Н., Неклепаев Б.Н. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. 3-е изд.– М.: Энергоатомиздат, 1989. – 608 с.
5. Справочник по электротехническим установкам высокого напряжения / под редакцией И.А. Баумштейна и В.М. Хомякова.– 2-е изд. – М.: Энергия, 1981. – 656 с.
6. Васильев А.А. Электрическая часть станций и подстанций.–М.: Энергоатомиздат, 1990. – 576 с.
7. Электрическая часть электростанций / под ред. С.В. Усова. –Л.: Энергоатомиздат, 1987. – 616 с.
8. Расчёт коротких замыканий и выбор электрооборудования: учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / И.П. Крючков, Б.Н. Неклепаев и др. – М.: Академия, 2005. – 416 с.
9. Рожкова Л.Д. Электрооборудование электрических станций и подстанций: учебник для сред. проф. образования / Л.Д. Рож-
кова, Л.К. Карнеева, Т.В.Чиркова. – М.: Издательский центр
Академия, 2004. – 448 с.
10. Электротехнический справочник: в 4 т. Т.3. Производство и
распределение электрической энергии / под общ. ред. В.Г. Герасимова и др. – 8-е изд., испр. и доп. – М.: Издательство МЭИ, 2002. – 964 с.
