 |
Выбор электрооборудования подстанции
|
|
|
|
В данном разделе необходимо указывать назначение каждого электрооборудования, марка выбранного типа оборудования расшифровываются.
1. Условия выбора и проверки шин со стороны низшего напряжения ГПП.
1.1Выбор площади сечения по нагреву длительным током:
Iдоп. ≥ Iрасч
. (88)
1.2 Выбранное сечение шин проверяется на динамическую устойчивость к току короткого замыкания, Н:
, (89)
где Fм- максимальное усилие, Н;
l - длина пролёта между соседними опорами, см;
а - расстояние между осями шин, см, принимается равной 100, 150, 200мм;
iуд – ударный ток в точке КЗ, кА;
Расчетное напряжение в шине, Н/см2:
, (90)
где Мmax- наибольший изгибающий момент шин, определяется следующим образом: при одном или двух пролётах, Н*см:
; (91)
при трёх и более пролётах:
.(92)
Рассчитывается момент сопротивления сечения, см3:
-при расположение шин широкими сторонами друг к другу (на ребро):
; (93)
- при расположении шин плашмя:
, (94)
где b- толщина шины, см;
h- ширина шины, см.
Шины будут работать надёжно, если выполнено условие: σр< σдоп
Допустимое напряжение в шинах:
σдоп =7*103 Н/см2 – для алюминия;
σдоп =14*103 Н/см2 - для меди;
σдоп =16*103 Н/см2 - для стали.
Если при расчёте оказалось, что σр>σдоп, то выполнения условия необходимо увеличить расстояние между шинами (а) или уменьшить пролёт между опорами – изоляторами.
Ток короткого замыкания вызывает дополнительный нагрев токоведущих частей и аппаратов. Повышение температуры сверх допустимой снижает прочность изоляции, так как время действия тока короткого замыкания до срабатывания защиты не велико (доли секунды), то согласно [4] допускается кратковременное увеличение температуры токоведущих частей
|
|
|
1.3 Проверка шин на термическую устойчивость производится по формуле; мм2
, (95)
где α – термический коэффициент, принимается:
α = 6 – для меди;
α =11 – для алюминия;
α=15 – для стали;
Iк - установившийся трёх фазный ток КЗ, кА;
tпр - приведённое время действия тока КЗ, с, [5] табл. 1.10.3.
Sт.у. ≤ Sш = h· b. (96)
По полученным расчетам выбирается марка и сечение шин.
2.Условия выбора и проверки изоляторов
При выборе и проверке электрооборудования составляются таблицы с расчетными и паспортными данными аппаратов.
Таблица 3
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Номинальный ток, А | Iраб | ≤ | Iном |
| Допустимое усилие на головку изолятора, Н | Fрасч | ≤ | Fдоп |
| Допустимый ток термической стойкости для проходных изоляторов и линейных выводов, кА | Iу,кА | ≤ | Imax,кА |
Наибольшая расчётная нагрузка на головку изолятора определяется по формуле, Н
, (97)
где l – длина пролёта между изоляторами, м;
а - расстояние между осями шин, м.
Для проходных изоляторов наибольшая расчётная нагрузка рассчитывается по формуле, Н
Fрасч.пр.= 0,5·Fрасч.оп . (98)
Сравнивая расчетные и паспортные данные, принимают решения о выборе данного типа изоляторов (марка выбранного типа изолятора расшифровывается).
3. Условия выбора и проверки разъединителей
Таблица 4
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Номинальный ток, А | Iраб | ≤ | Iном |
| Динамическая стойкость, кА | iу | ≤ | Imax |
| Предельный ток термической стойкости, кА2с | Iк2∙tпр | ≤ | Iт2∙tт |
За действительное время протекания тока короткого замыкания принимается время, в течение которого установившийся ток Iк, выделяет такое же количество тепла, как и изменяющийся во времени тока короткого замыкания за действительное время короткого замыкания tд,, с:
|
|
|
tд = tз+ tв, (99)
где tз- время действия защиты, с;
tв- время действия выключателя, с.
Приведённое время определяется по формуле, с:
tпр= tпр.п + tпр.а., (100)
где tпр.п – приведённое время действия периодической слагающей тока короткого замыкания, с. [2] рис. 6.12;
tпр.а - приведённое время действия апериодической слагающей тока короткого замыкания, с. Приложение 1
4. Условия выбора и проверки отделителей
Выбор и проверка отделителей производится аналогично выбору и проверке разъединителей.
5.Условия выбора и проверки короткозамыкателей
Таблица 5
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Динамическая стойкость, кА | iу | ≤ | Imax |
| Предельный ток термической стойкости, кА2с | Iк2∙tпр | ≤ | Iт2∙tт |
6.Условия выбора и поверка разрядников
1.Номинальное напряжение разрядника Uном.разр. должно соответствовать номинальному напряжению сети Uном.сети, В.
Uуст ≤ Uном.разр.
Токи короткого замыкания, возникающие при срабатывании разрядника, должны находиться в пределах токов, отключаемых разрядником.
Искровые промежутки S1 и S2 берутся в соответствии с табличными данными [8] 32.11-32.15
7.Условия выбора и проверки трансформатора тока (ТТ) [8] 33.3-33.4
Таблица 6
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Номинальный ток, А | Iраб | ≤ | Iном |
| Электродинамическую стойкость, кА | i y / (√2 Iном) | ≤ | Кд |
| Предельный ток термической стойкости, кА2с | Iк2∙tпр | ≤ | Iт2∙tт |
1) Номинальный первичный ток ТТ берется в соответствии со шкалой токов, рекомендованной ГОСТ. Если ток уставки не соответствует этой шкале, то берется трансформатор с ближайшим большим током.
2) Класс точности ТТ выбирается в зависимости от назначения. Трансформаторы, предназначенные для питания счетчиков электроэнергии, должны иметь класс точности не ниже 0,5. Допускается для этой цели использование ТТ класса точности 1,0, но при условии, что фактическая погрешность соответствует классу 0,5 (благодаря пониженной вторичной нагрузке). К этим трансформаторам не предъявляется требование высокой предельной кратности. Иногда даже полезно насыщение магнитопровода для уменьшения термического и электродинамического воздействия на измерительные приборы.
|
|
|
3)Трансформатор, предназначенный для систем защиты от коротких замыканий, должен иметь погрешность, обеспечивающую устойчивую работу релейной защиты. Для оценки работы ТТ в этом режиме используются кривые предельной кратности.
При заданной вторичной нагрузке Z2 предельная кратность трансформатора должна быть выше расчетной кратности m расч (отношение тока короткого замыкания, при котором срабатывает защита, к номинальному току ТТ). Трансформаторы, комплектуемые для дифференциальной защиты, должны иметь одинаковую предельную кратность при сквозном токе короткого замыкания. Значение m расч зависит от принципа действия защиты.
Сопротивление нагрузки Z2 должно быть не более Z2hom, и для простейшей однофазной схемы включения ТТ, Ом,
, (101)
где Σxприб- суммарное реактивное сопротивление всех приборов нагрузки, Ом;
ΣRприб -суммарное активное сопротивление приборов нагрузки, Ом;
Rконт = 0,05 ÷1 Ом- сопротивление контактных соединений;
Rпров -сопротивление проводов, Ом.
Сечение соединительных проводов при данной длине l, м, определяется из выражения, мм2
S = ρ· l / Rпров, (102)
где ρ- удельное сопротивление проводов, мкОм·м.
Обмотки тока всех приборов фазы соединяются последовательно.
По условиям механической прочности сечение медных проводов должно быть не менее 1,5 мм2, а алюминиевых — не менее 2,5 мм2.
При соединении ТТ в трехфазные группы по различным проводам протекают различные токи. Поэтому для расчета сечения соединительных проводов необходимо выбрать такой режим, при котором нагрузка на ТТ получается наибольшей.
8. Условия выбора предохранителей
Таблица 7
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Номинальный ток, А | Iраб | ≤ | Iном |
| Номинальная мощность отключения, МВА | Sк | ≤ | Sном.откл |
| Номинальный отключаемый ток, кА | Iк | ≤ | Iном.откл |
|
|
|
9. Условия выбора и проверки масляных выключателей
Таблица 8
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Номинальный ток, А | Iраб | ≤ | Iном |
| Номинальная мощность отключения, МВА | Sк | ≤ | Sном.откл |
| Ток отключения (динамическая стойкость), кА | iу | ≤ | Iотк |
| Предельный ток термической стойкости, кА2с | Iк2∙tпр | ≤ | Iт2∙tт |
10. Условия выбора и проверки выключателя нагрузки
Таблица 9
| Параметры | Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные |
| Номинальное напряжение, кВ | Uраб | ≤ | Uном |
| Номинальный ток, А | Iраб | ≤ | Iном |
| Номинальная мощность отключения, МВА | Sк | ≤ | Sном.откл |
| Ток отключения (динамическая стойкость), кА | iу | ≤ | Iск |
| Предельный ток термической стойкости, кА2с | Iк2∙tпр | ≤ | Iт2∙tт |
11. Условия выбора и проверка трансформатора напряжения
Схему соединения обмоток и класс точности трансформатора напряжения выбирают в зависимости от назначения.
| Расчетные данные цепи | Условие | Паспортные данные предохранителя типа … |
| Uраб, кВ | ≤ | Uном, кВ |
 ВА
| ≤ | Sном, ВА |
12. Выбор релейной защиты
К основным разновидностям реле тока, напряжения и мощности, применяемым в устройствах релейной защиты электрических станций, подстанций, сетей и различного электрооборудования, относятся следующие:
1. Реле тока максимальное типа РТ-40. Основано на электромагнитном принципе действия (П-образный шихтованный сердечник и Г-образный якорь) и имеет две обмотки управления, которые могут соединяться последовательно или параллельно в зависимости от требуемого тока срабатывания. Диапазон уставок тока срабатывания от 0,05 до 200 А. Коэффициент возврата от 0,7 до 0,85. Время срабатывания не более 0,1 с при токе, равном 1,2 тока срабатывания, и не более 0,03 с при токе, равном трёхкратному току срабатывания
2 Реле тока максимальное типа РТ-80. Состоит из двух элементов: индукционного элемента, срабатывающего с выдержкой времени, зависящей от тока уставки, электромагнитного расцепителя мгновенного действия, срабатывающего при токах короткого замыкания. Уставки времени срабатывания от 0,5 до 16 с. Коэффициент возврата реле не менее 0,8 с.
3 Реле напряжения РН-50. Реле максимального и минимального напряжения основано на электромагнитном принципе (П-образный шихтованный сердечник с поворотным якорем). Обмотки реле через выпрямительный мост подсоединяются к сети переменного тока. Изменение уставки осуществляется поворотом рычага и закручиванием спиральной пружины. Номинальное напряжение реле от 30 до 400 В. Пределы изменения уставки на срабатывание: 15-60 В при номинальных напряжениях реле 30 и 60В; 50-200 В при 100 и 200 В; 100-400 В при 200 и 400 В. Коэффициент возврата 0,8. Собственное время срабатывания реле не более 0,15 с при снижении напряжения до 0,8 номинального.
|
|
|
4 Реле контроля синхронизма РН-55. Применяют в схемах автоматического повторного включения линий электропередачи с двусторонним питанием для контроля наличия напряжения на линии и угла сдвига фаз между векторами напряжения на линии шинах подстанции. Исполняются на напряжения от 30 до 100 В. Пределы изменения уставок угла сдвига фаз от 20 до 40°. Коэффициент возврата по углу до 0,8 при номинальном напряжении. Время срабатывания 0,15 с при угле сдвига фаз, равном полуторакратному значению уставки. Потребляемая мощность каждой обмотки при номинальном режиме (номинальное напряжение и нулевой сдвиг фаз) 6,5 В·А. Коммутируемые мощности: постоянный ток — 60 Вт при напряжении до 220 В и токе до 2 А (постоянная времени до 0,05 с); переменный ток — 300 В А при напряжении до 220 В и токе до 3 А. Реле основано на электромагнитном принципе. Магнитная система состоит из П-образного магнитопровода и поворотного якоря. Реле реагирует на геометрическую разность векторов напряжения, подводимых к выводам.
5.Фильтр-реле тока обратной последовательности типа РТФ-7. Предназначено для защиты генераторов и трансформаторов при несимметричных коротких замыканиях и перегрузках токами обратной последовательности; уставки на срабатывание 0,2-0,4 номинального тока.
6. Реле тока нулевой последовательности РТЗ-50. Предназначено для использования совместно с трансформаторами тока нулевой последовательности в качестве органа, реагирующего на ток нулевой последовательности в схемах защит от замыканий на землю генераторов, двигателей и линий с малыми токами замыканий на землю. Имеются три диапазона плавно регулируемых уставок тока срабатывания: 0,01—0,02А; 0,015—0,03А; 0,03—0,06А. Коэффициент возврата 0,9.
7. Реле тока обратной последовательности РТФ-6М. Предназначено для защиты мощных синхронных генераторов с форсированным охлаждением обмоток от повреждений при перегрузках токами обратной последовательности, вызванными несимметричной нагрузкой, несимметричными короткими замыканиями или несанкционированными режимами работы системы. Реле образует четырехступенчатую максимальную токовую защиту обратной последовательности с действием первых двух ступеней на сигнал, а последующих двух — на отключение. Номинальный вторичный ток генератора может быть в пределах 0,7 + 1,0 номинального тока реле.
8. Реле напряжения нулевой последовательности РНН-57. Используется в схемах поперечных дифференциальных защит» дистанционных защит с высокочастотной блокировкой в качестве реле максимального напряжения; уставки напряжения реле 4, 5, 6, 7 и 8 В, время срабатывания 0,04 с при двукратном токе уставки.
9. Реле напряжения прямой последовательности РНФ-2. Предназначено для применения в схемах форсировки возбуждения синхронных генераторов. Реле реагирует на уменьшение напряжения прямой последовательности ниже допустимого значения; не реагирует на составляющие обратной и нулевой последовательности. Уставки линейного напряжения прямой последовательности 40-80 и 80-160 В.
10. Реле напряжения обратной последовательности РНФ-3. Предназначено для использования в схемах защиты в качестве органа, реагирующего на напряжение обратной последовательности при возникновении несимметричных коротких замыканий. Уставки линейного напряжения обратной последовательности 13,6-24 В. Коэффициент возврата 0,95.
11. Дифференциальные реле ДЗТ-11 с магнитным торможением. Предназначены для дифференциальной защиты одной фазы силовых трансформаторов; МДС срабатывания 100 А; мощность отключения контактов 60 Вт.
12. Реле направления мощности РМБ-170/270. Основано на индукционном принципе (система с дисковым ротором). Номинальное переменное напряжение 100 В (50 Гц). Мощность срабатывания 0,2-0,4 В А. Номинальный ток 1 или 5 А. Коэффициент возврата 0,6. Время действия реле при трехкратной мощности срабатывания 0,04 с. Обеспечивает правильный выбор направления мощности при токе 20-кратном номинального и напряжении 15 В, при токе 0,2 номинального и напряжении 100 В.
13. Реле активной мощности РБМ-275. Предназначено для контроля активной мощности одной фазы сети переменного тока. Реле имеет два диапазона регулируемых уставок мощности срабатывания: 100-500 и 2-100 Вт. Коэффициент возврата 0,85. Время срабатывания 0,12 с.
14. Реле реактивной мощности РБМ-276. Предназначено для контроля реактивной мощности одной фазы сети переменного тока. Диапазон регулирования мощности срабатывания у реле с номинальным током 1 А от 1,2 до 100 В А, у реле с номинальным током 5 А — от 6 до 500 В·А.
15. Реле мощности обратной последовательности РМОП-2. Предназначено для защиты многообмоточных трансформаторов, автотрансформаторов и линий электропередачи при несимметричных коротких замыканиях. В состав реле входят: два промежуточных трансформатора тока, активно-емкостные фильтры тока и напряжения обратной последовательности, индукционный элемент направления мощности и пусковые реле тока обратной последовательности. Ток небаланса при симметричном токе прямой последовательности, равном трехкратному номинального, не превышает 1,7 мА. Напряжение небаланса при симметричном напряжении прямой последовательности 100 В не превышает 2,6 В. Уставки тока срабатывания пускового реле 0,2-0,8 номинального тока. Коэффициент возврата пускового реле 0,8, реле направления мощности — 0,5.
16. Реле отстройки от апериодической составляющей РТН-560. Основано на применении насыщающихся трансформаторов и предназначено для дифференциальной защиты силовых трансформаторов, генераторов и шин. Магнитодвижущая сила срабатывания 100 А. Время срабатывания при трехкратном токе срабатывания 40 мс. Реле выдерживает 5000 срабатываний, из них 500 срабатываний с нагруженными контактами.
17. Реле перегрузки ИМ-145. Предназначено для защиты генераторов тока от перегрузки при отключении параллельно работающего генератора. Построено на индукционном принципе (с бегущим магнитным полем). Имеет зависимую от мощности выдержку времени. Предусмотрена возможность изменения уставки на мощность срабатывания и на выдержку времени.
Рассчитать реле защиты – это значит:
1. Выбрать вид и схему защиты;
2. Выбрать токовые трансформаторы и токовые реле;
3. определить токи срабатывания защиты Iср.з и Iср.р , А;
4. Определить чувствительность защиты;
5. Проверить трансформатор тока на 10 % погрешность;
6. Согласовать смежные защиты по чувствительности и селективности.
Дифференциальная защита выполняется на базе реле типа РНТ-565, которая основана на принципе сравнения токов в начале и конце обмоток силового трансформатора.
Определяется ток срабатывания защиты, А
Iср.з. =(1,4+2)∙Iн . (103)
Определяется номинальный ток нагрузки на ВН, А:
,(104)
где Sн.т- мощность трансформатора ГПП, кВА.
Выбираются по I1н и I2н
Токовая отсечка (ТО) обеспечивает защиту в зоне КЗ, а максимальная токовая защита (МТЗ)- в зоне перегрузки. Наиболее распространенные схемы, сочетающие ТО и МТЗ, могут быть однорелейные и двухрелейные, на постоянном и переменном оперативном токе:
- определяется номинальный ток нагрузки на ВН по формуле (104)
- выбираются по I1н и I2н трансформаторы тока для установки и определяется номинальный коэффициент трансформации
; (105)
- выбирается тип реле тока для защиты и определяется уставка срабатывания по току, А.
, (106)
где Iср(МТЗ)-ток срабатывания реле, расчетный,А;
Iнб – наибольший ток нагрузки защищаемого участка, А;
Кзап -коэффициент самозапуска ЭД;
Кн - коэффициент надежности отстройки, учитывающий погрешности реле и ТТ;
Кв- коэффициент возврата реле;
Ксх- коэффициент схемы реле.
Коэффициент схемы реле (Ксх)- это отношение тока реле (Iр) к току фазы (Iф).
(107)
В зависимости от вида защищаемого участка принимаются следующие значения наибольшего тока (Iнб):
Iнб=Iном - линия без электродвигателя;
Iнб=Iпуск- линия с электродвигателем;
Iнб=Iна- для расчета токов отчески;
где Iном,Iпуск– ток номинальный в линии, пусковой ток ЭД.
В зависимости от схемы соединения вторичных обмоток трансформатора тока и вида короткого замыкания принимаются следующие значения коэффициентов схемы (Ксх):
Ксх=1- при соединение обмотки «неполная звезда»,
Ксх=1,73 – во всех случаях при 3-фазном КЗ,
Ксх=1 при КЗ двух фаз и одном токовом трансформаторе,
Ксх=2- при КЗ двух фаз и включении на разность токов обмоток двух ТТ.
Другие коэффициенты схемы на основании опыта эксплуатации принимаются:
Кзап=1 – при отсутствии в линии ЭД;
Кзап=2,5…3,0 – при наличии ЭД в линии;
Кн=1,1…2,0 – уточняется по таблице 1.12.3 [5]
Кв=0,8…0,85.
По расчетному значению тока срабатывания (Iср.р) выбирается его каталожное значение (Iср.к) согласно условию:
(108)
Выбор питающих линий
Сечение провода воздушной линии, питающей ГПП, определяется:
а) по нагреву длительным расчетным током, А: Iдоп. ≥ I р
(109)
где Sр- мощность передаваемая по двум ВЛ от энергосистемы к предприятию, кВА.
б) выбранное сечение проверяется по экономической плотности тока, мм2:
(110)
где jэк - нормированное значение экономической плотности тока(А/мм2) определяется по справочной литературе в зависимости от числа часов использования максимума нагрузки в год Тмах [4] табл.1.3.36
в) по допустимой потере напряжения в линии, для КЛ сечение кабельных линий напряжением выше 1000 В, питающих ТП потребителей от ГПП, выбираются:
Δ 
(111)
где rо, xо- удельное активное и реактивное сопротивление линии, определяется по справочной литературе, Ом/км.
г) сечение кабельной линии, от ГПП к ТП потребителя, проверяется на термическую устойчивость к току короткого замыкания по формуле, мм2:
(112)
где с - термический коэффициент, составляющий разности выделенной теплоты в проводнике до и после короткого замыкания.
- для кабелей с медными жилами С=141;
- для кабеля с алюминиевыми жилами С=85.
tпр- приведенное время действия тока короткого замыкания, определяется как сумма:
(113)
где tр.з.= 0,1с; tвыкл=0,15с
Список литературы
1Киреев Э.А. Электроснабжение и электрооборудование цехов промышленных предприятий. Кнорус: М.: 2011г
2 Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных предприятий и установок./ Сибикин Ю.Д., Сибикин М.Ю.,., Яшков В.А. М.: Высшая школа 2001 г.
3Макаров Е.Ф. Справочник по электрическим сетям 0,4-35 кВ и 110-1150 кВ. М.: 2008г
4Коновалова Л.Л. Электроснабжение промышленных предприятий и установок./ Коновалова Л.Л. Рожкова Л.Д. -М.:Энергоатомиздат,1989г.
5 Липкин Б.Ю. Соколова В.И. Электроснабжение промышленных предприятий и установок -М.: Высшая школа, 1990г.
6 ПУЭ - М.: Главэнергонадзор РФ, 2006г.
7 Шеховцов В.П. Расчёт и проектирование схем электроснабжения. М.: Форум-инфра-М, 2004
8 Гурин Н.А Электрооборудование промышленных предприятий и установок /Гурин Н.А., Янукович Г.И. Минск: Высшая школа 1990
9 Ополева Г.Н. Схемы и подстанции электроснабжения (справочник). М.: Форум-Инфра. 2006
10 Электротехнический справочник Том 2/ по общ.ред. профессоров МЭИ В.Г.Герасимов и др. –М.: Издательство МЭИ 2001г
11 Справочная литература.
Приложение 1 Значения постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ и ударного коэффициента
| Место КЗ | tа,с | kу |
| Выводы явнополюсного гидрогенератора: без успокоительной обмотки с успокоительной обмоткой | 0,2 0,13 | 1,95 1,93 |
| Выводы турбогенераторов мощностью, МВт: 12-60 100-1000 | 0,16-0,25 0,4-0,54 | 1,94-1,955 1,975-1,98 |
| За блоком генератор-трансформатор при мощности генератора, МВт: 100-200 | 0,15 0,26 0,32 | 1,935 1,965 1,977 |
| За воздушными линиями напряжением, кВ: 35-110 | 0,02 0,03 | 1,608 1,717 |
| За понижающим трансформатором мощностью, МВ∙А: 32-63 менее 32 | 0,06 0,05 0,045 | 1,85 1,82 1,8 |
| Распределительные сети 6-10 кВ | 0,01 | 1,369 |
|
|
|
