Инновационные технологии в системе электроснабжения

       z – полное сопротивление участка сети, мОм.

I_по = = 4,4 кА.

 

 

Находим соотношение реактивного и активного  сопротивлений

= = 0,06.

По [1, рисунок 7.4] определяем ударный коэффициент  К_у,

К_у = 1.

Рассчитываем  ударный ток, i_у, кА

i_у =

∙ I_по ∙ К_у,

i_у = ∙ 4,4 ∙ 1 = 6,22 кА.

Пересчитываем сопротивления всех остальных участков сети аналогично точке 1

Пересчитываем сопротивления трансформатора, мОм

r_тр =

,

r_тр = 3,43 мОм ,

x_тр =

,

x_тр = = 13,7 мОм.

 

 

Рисунок 3 –  Схема замещения

По максимальному  току первой секции I_mIc=517,77А Выбираем выключатель с низкой стороны трансформатора по каталогу [8] ВА 62 .

По каталогу [3, таблицы 14.4, 14.5] определяем активное сопротивление катушек расцепителей R_а=0,12 мОм, и переходное сопротивление контактов R_к=0,25 мОм и индуктивное сопротивление катушек X_а=0,094 мОм.

Пересчитываем сопротивления шины 80×8, мОм

r_ш′ = 0,0595 ∙ 8 = 0,476 мОм,

x_ш′ = 0,102 ∙ 8 = 0,816 мОм.

Находим сопротивление кабельной линии, идущей к шкафу ПР1, мОм

r_шр1′ = 0,06525 ∙ 20 = 1,305 мОм,

x_шр1 = 0,01505 ∙ 20 = 0,301мОм.

Определяем  сопротивление кабельной линии, идущей к двигателю, мОм

r₂′ = 12,500 ∙6 = 75 мОм,

x₂′ = 0,104 ∙ 6 = 0,624 мОм.

Принимаем, что напряжение на шинах U=10 кВ при возникновении тока К.З. остаётся неизменным и сопротивление энергосистемы не учитываем.

Аналогично  точке К – 1 выполняем расчёт тока К.З. в оставшихся намеченных точках.

К – 2

r_к-2 = r_тр + R_a + R_к ,

r_к-2 = 3,43 + 0,12 + 0,25 = 3,8 мОм,

x_к-2 = x_тр + Х_a,

x_к-2 = 13,7 + 0,094 = 13,794 мОм,

I_пок-2 = = 16,13 кА,

= = 3,63,

К_у = 1,4 ,

i_у = ∙ 16,13 ∙ 1,4 = 31,94 кА.

 

К – 3

r_к-3 = r_к-2 + r_ш′ + R_а1 + R_к1 + r_шр1′ ,

r_к-3 = 3,8 + 1,305 + 0,70 + 0,25 + 1,305 = 6,78 мОм,

x_к-3 = х_к-2 + х_ш′ + X_а1 + x_шр1′,

x_к-3 = 13,794+ 0,301+ 0,094 + 0,301 = 14,49 мОм,

I_пок-3 = = 14,44 кА,

= = 2,14 ,

К_у = 1,24,

i_у = ∙ 14,44 ∙ 1,24 = 25,32 кА.

К – 4

r_к-4 = r_к-3 + R_а2 + R_к2 + r₂′,

r_к-4 = 6,78 + 0,80 + 1,01 + 75 = 83,59 мОм,

х_к-4 = х_к-3 + X_а2 + x₂′,

х_к-4 = 14,49 + 0,40 + 0,624 = 15,514 мОм,

I_по = = 2,78 кА,

= = 0,19,

К_у = 1,

i_у = ∙ 2,78 ∙ 1 = 3,93 кА.

 

1.9 Выбор электрооборудования и проверка его на действие токов короткого замыкания

 

 

Токи  короткого замыкания вызывают нагрев токоведущих частей, значительно  превышающий нормальный. Чрезмерное повышение температуры может  привести к выжигании изоляции, разрушению контактов и даже их расплавлению, несмотря на кратковременность процесса короткого замыкания.

Проверка  аппаратов на термическую стойкость  производится по току термической стойкости  I_т и времени термической стойкости t_т. Аппарат термически стоек, если тепловой импульс В_к  <  I_т² ∙ t_т.

Выбранные шины или кабель термически стойки, если принятое сечение больше минимального F_min, то есть F_min < F_{пр .}

При коротком замыкании по токоведущим частям проходят токи переходного режима, вызывая сложные усилия в шинных конструкциях и аппаратах электроустановок. Эти усилия изменяются во времени  и имеют колебательный характер. Проверка аппаратов по электродинамической  стойкости производится по условию:

i_у ≤ i_пр.скв (i_дин),

где i_пр.скв (i_дин) – предельный сквозной ток, указанный заводом-изготовителем.

Проверку  шин на динамическую стойкость проводят по условию:

σ_расч ≤ σ_доп

В качестве защитной аппаратуры с высокой стороны  трансформатора принимаем к предварительной  установке вакуумный выключатель  серии ВВ/TEL-10-12,5/630-У2-41 по каталогу [11, таблица 1].

Расчетные данные		Справочные данные
U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im = 18,6 А	<	Iн = 630 А
Iп.о = 4,4 кА	<	Iн.откл = 12,5 кА
iу = 6,22 кА	<	iдин = 50 кА
Вк = 0,11 кА2 ∙ с	<	It2 ∙ tt = 12,52 ∙ 3 = 468,75 кА2 ∙с

 

Определяем  время отключения короткого замыкания  t_откл , с

t_откл = t_в + t_з,

где  t_в – полное время отключения выключателя, с,

                    принимаем t_в = 0,025 с;

t_з – время действия основоной защиты, с,

                   принимаем t_з = 0,5 с.  

t_откл = 0,025 + 0,5 = 0,525 с.

Находим время затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания  Т_a, с по формуле

Т_а =

,

Т_а = = 0,0002 с.

Определяем  тепловой импульс В_к, с

В_к = I_п.о.к-1² · (t_в + t_з + T_а),

В_к = 4,4² · (0,025 + 0,5 + 0,0002) = 10167872 А² · с.

Т.к. расчётные  данные не превышают справочные, то вакуумный выключатель ВВ/TEL-10-12,5/630-У2-41 принимаем к окончательной установке.

Для видимого разрыва цепи выбираем разъединитель  внутренней установки с заземляющими ножами типа РВЗ-10/400I по каталогу [12, таблица 5.5]

U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im = 18,6 А	<	Iн.раз = 400 А
iу = 6,22 кА	<	iдин = 50 кА
Вк = 10,17 кА2 ∙ с	<	It2 ∙ tt = 162 ∙ 4 = 1024 кА2 ∙с

 

Для подключения  катушек измерительных приборов выбираем по каталогу [12, таблица 5.9] трансформатор  тока проходной с литой изоляцией  для КРУ типа ТПЛ-10К с классом  точности 0,5, с номинальным током  вторичной обмотки I_н2 = 5 А, с номинальной нагрузкой в классе точности 0,5 R_н0,5 = 0,4 Ом.

 

U = 10 кВ	=	UH = 10 кВ
Im = 18,6 А	<	Iн = 50 А
iу = 6,22 кА	<	iдин = 175 кА
Вк = 10,17 кА2 ∙ с	<	It2 ∙ tt = 452 ∙ 4 = 8100 кА2 ∙с

 

Выбираем  по справочнику [12, таблица 5.13] однофазный трансформатор напряжения с естественным масляным охлаждением типа НОМ-10 с  номинальным напряжением вторичной  обмотки U_2н = 100 В, с номинальной мощностью в классе точности 0,5 S_н0,5 = 75 ВА

U = 10 кВ

=

UH = 10 кВ

 

Проверяем кабель ААШв 3×16 на термическое действие токов К.З.

Определяем  минимальное сечение кабеля F_min, мм²

F_min =

,

где С_т – коэффициент, зависящий от допустимой температуры при коротком замыкании и материала проводника, принимаем по справочнику [1]                       

                С_т = 85: для кабельной линии с U=10кВ, алюминиевыми жилами, без изоляции

F_min = = 37,5 мм² >F_пр = 16 мм²

Т.к. условие не соблюдается, то принимаем к окончательной установке кабель ААШв 3×50 с Iд′ =175А. по каталогу [4, таблица 1.4.14].

Проверяем шину алюминиевую с размерами 80×8 на термическое действие токов К.З..

Т_ак-2 = = 0,012 с,

В_кк-2 = 16130² · ( 0,04 + 0,1 + 0,012) = 39546888,8 А² · с,

F_min = = 2,26 мм² < F_пр = 80 · 8 = 640 мм².

Т.к. расчётные  данные не превышают принятых, то шина термически стойка.

Проверяем шину алюминиевую сечением 80×8  на динамическое действие токов К.З.

Определяем  максимальное усилие на шинную конструкцию  F⁽³⁾, Н

F⁽³⁾ =

· i_y² · 10^-7,

где  l – расстояние между изоляторами, м,

                 принимаем l = 0,9 м;

        а – расстояние между фазами, м

                 принимаем а = 0,07 м.

F⁽³⁾ = · 31940² · 10^-7 = 2271,8 Н.

Определяем  изгибающий момент М, Н · м

М =

,

М = = 204,46 Н · м.

Определяем  момент сопротивления сечения шины при расположении шины плашмя W, см³

где  b и h – размеры поперечного сечения шины, см

W = = 8,5 см³.

Находим напряжение в материале шин от изгиба σ_расч, МПа

σ_расч =

,

σ_расч = = 24 МПа < σ_{доп Al} = 75 МПа.

Т.к. условие  выполняется, то принимаем к установке шину сечением 80 8 мм².

 

1.10 Релейная защита

 

 

На цеховых  подстанциях обычно устанавливают  силовые трансформаторы мощностью  до 1000 кВА. В данном диплом проекте был установлен трансформатор ТСЗ-630/10. Для защиты этих подстанций принимают максимально токовую защиту, защиту от однофазных коротких замыканий на стороне низкого напряжения; газовую защиту – для масляных трансформаторах внутрицеховых подстанций мощностью от 400кВА и выше. Эти зашиты применяют в зависимости от типов аппаратов на высокой стороне: высоковольтный выключатель, выключатель нагрузки или предохранитель.

Защиту  предохранителями и выключателя  нагрузки выполняют для трансформаторов мощностью до 1000 кВА напряжением до 35 кВ с предохранителями типа ПК-35Н на 40 А. предохранители серии ПК обеспечивают защиту трансформаторов от внутренних повреждений и межфазных коротких замыканиях на выводах.

Защиту  от однофазных коротких замыканиях на землю осуществляют автоматическим выключателем с максимальным расцепителем, установленным на стороне низкого напряжения или трансформатором тока на нулевом проводе при прямом присоединении трансформатора с глухозаземлённой нейтралью к трансформатору. Также применяется газовая защита с действием на сигнал отключение. Для защиты сухих трансформаторов применяют температурные датчики, встроенные в изоляцию, действующие на сигнализацию и отключение. Так же устанавливается защита от сложных неисправностей в момент включения трансформатора.

Защита  электродвигателей

На больших предприятий различных отраслей промышленности обычно применяют асинхронные и синхронные  двигатели большой мощностью. Двигатели мощностью кВт на неответственных механизмах могут защищаться высоковольтным предохранителем типа ПК. Применение высоковольтных предохранителей для защиты от токов короткого замыкания и выключателя нагрузки для защиты от перегрузки снижает надежность, т.,к., перегорание предохранителя в одной фазе вызовет выход из строя защищаемого электродвигателя.

Для синхронных двигателей мощностью более 2000 кВт  в качестве защиты от межфазного короткого  замыкания применяются дифференциальная защита, так же применяется защита от асинхронного хода, защита минимального напряжения и защита от однофазного короткого замыкания на землю.

Максимально-токовая  защита применяется для защиты радиальных линий с односторонним питанием. Для защиты кольцевых линий применяется  максимально-направленная защита, различающихся  на какой именно линий произошло  короткое замыкание.

Токовая поперечная дифференциальная защита применяется  для защиты параллельных линий, присоединенных к шинам подстанции через один выключатель.

Для защиты сетей от замыкания на землю, работающих с изолированной нейтралью применяется один или три вольтметра – при неразветвлённой сети, при большом числе ответвлений дополнительно устанавливают защиту от однофазных коротких замыканиях на землю.

В кабельных  линиях защиту от однофазных коротких замыканиях на землю осуществляют трансформатором нулевой последовательности.

Защита  конденсаторных батарей напряжением  выше 1 кВ может выполнятся предохранителями типа ПК или токовым реле мгновенного действия типа РТМ.