Комплектная трансформаторная подстанция. Расчет и выбор компонентов КТП

 ;

 ,

где: R0Т , X0Т - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора.

R0К , X0К - активное и индуктивное сопротивление кабелей.

RНП , XНП - активное и индуктивное сопротивление нулевого проводника, которые находятся также как и сопротивления кабелей:

 , где

 , где

где: qф , qип - сечения фазного и нулевого проводников соответственно.

Линия освещения:

Первая линия:

.

Вторая линия:

Определение ударного тока КЗ

Ударный коэффициент Kуд. зависит от отношения (Хт + Xk)/(Rt + Rk) и определяется кривым изменения ударного коэффициента.

Линия освещения: Kуд =1;

Первая линия: Kуд =1;

Вторая линия: Kуд =1;

Проверка условий нормального пуска двигателя

У двигателей - легкий пуск, следовательно, должно выполняться

условие:

В условиях тяжёлого пуска:

где: Iп.дв - пусковой ток двигателя, рассчитываемый как:

где: Ki - кратность пускового тока двигателя.

Первый двигатель: Kуд =7

,

удовлетворяет условию легкого пуска.

Второй двигатель: Kуд =7,5

,

пуск двигателя тяжелый

8. Проверка термической стойкости выбранных кабелей

Проверка производится с помощью уравнения:

 ,

тогда :

где: q - сечение кабеля, мм2,

Iкз(3) - ток КЗ, A; tк - время КЗ, с;

АΘк -значение интеграла, определяющего нагрев проводника при КЗ, А с/мм ;

АΘн - значение интеграла при протекании номинального (длительного) тока.

Температура нагрева для номинального режима принимается равной +65°С. При КЗ допустимая температура принимается равной + 250°С для медного кабеля. С помощью кривых адиабатического нагрева находим значение интегралов АΘк и АΘн по рисунку 6.

;

Рис.6.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

Для выбора термически устойчивого сечения жил кабеля необходимо иметь значение установившегося тока короткого замыкания из соответствующего расчета и возможное время прохождения этого тока через кабель. Время определяется уставкой защиты, которая имеет наибольшее значение выдержки времени (если есть несколько видов защиты).

Определение сечения по термической устойчивости производится по формуле:

где: a — расчетный коэффициент, определяемый ограничением допустимой

температуры нагрева жил кабеля.

Значение расчетного коэффициента а и допустимые предельные температуры нагрева кабелей при прохождении по ним тока к.з. приведены в таблице.

Таблица 6.

Примечание: при составлений этой таблицы было принято условие, что кабель до возникновения к.з. не имел температуры выше номинальной. Практически кабели работают всегда с некоторой недогрузкой (кроме аварийных режимов), и поэтому при выборе сечения кабеля по термической устойчивости следует выбирать ближайшее меньшее, а не большее стандартное сечение кабеля.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

В данном случае, учитывая близость значений к выбранным сечениям по длительно допустимому току, следует выбрать, как термически устойчивое, ближайшее стандартное сечение:

для линий освещения: ;

для линии первого двигателя: ;

для линии второго двигателя: .

Кабели, защищенные плавкими, токоограничивающими предохранителями, на термическую устойчивость к токам к.з. не проверяются, поскольку время срабатывания предохранителя мало (0,008 с) и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры.

9. Выбор автоматических выключателей (QF1, QF2, QF3) для защиты двигателей и силового трансформатора от КЗ

Автоматические выключатели являются самыми распространенными аппаратами защиты цепей и потребителей от аварийных режимов. Они также предназначены для нечастых включений и отключений токов нагрузки (номинальных токов).

Автоматические выключатели рекомендуется выбирать по следующим основным техническим параметрам: назначению, области применения и исполнению; роду тока и числу главных контактов; типу расцепителя, встроенного в выключатель; номинальному току расщепителя; кратности уставки тока отсечки к номинальному току расцепителя (для максимально-токовых расцепителеи); номинальной уставке на ток срабатывания теплового расцепителя (для тепловых расцепителеи); времени срабатывания теплового расцепителя в режиме перегрузки; предельной коммутационной способности выключателя; типу присоединения подводящих проводников; виду привода выключателя; способу установки выключателя в низковольтное комплектное устройство; климатическому исполнению, категории размещения и степени защиты; числу общих циклов коммутации и числу коммутаций под нагрузкой.

По исполнению автоматические выключатели различаются на нетокоограничивающие, токоограничивающие и селективные.

Нетокоограничивающие выключатели отключают цепь, когда короткое замыкание достигает установившегося ожидаемого значения.

Токоограничивающие выключатели ограничивают ток короткого замыкания путем быстрого введения в цепь дополнительного сопротивления электрической дуги и последующего быстрого отключения короткого замыкания. При этом ток короткого замыкания не достигает ожидаемого максимального значения. Подобные выключатели имеют специальную контактную систему и отличаются повышенным быстродействием.

Селективные выключатели позволяют в процессе эксплуатации регулировать ток и время срабатывания максимальной токовой защиты. Это дает возможность осуществить селективную (избирательную) защиту потребителей и цепей.

Токоограничивающие и селективные выключатели являются более сложными и дорогостоящими аппаратами и их применение должно быть технически и экономически обосновано.

Основным элементом выключателя, который контролирует состояние цепи и выдает команду на отключение при наличии ненормальных режимов, является встроенный в него расцепитель. Расцепитель выполняет роль измерительного органа и в зависимости от его типа защищает цепь от той или иной аварийной ситуации. Электромагнитные расцепители выполняют функции защиты цепи от больших перегрузок по току или от КЗ. Тепловые расцепители предназначены для защиты в области перегрузок, в 5-7 раз превышающих номинальный ток. Полупроводниковые расцепители имеют широкий спектр выполняемых защитных функций (защита от КЗ, перегрузок по току) с большими возможностями регулировки.

Минимальные и нулевые расцепители выполняют защитные функции от понижения напряжения в сети. Например, минимальный расцепитель обеспечивает отключение выключателя при напряжении 70+35% номинального, а нулевой расцепитель — при 35+10% номинального. Минимальные расцепители часто используются для дистанционного отключения автомата.

Независимые расцепители служат для дистанционного управления (отключения) автоматическим выключателем.

Современные автоматические выключатели имеют встроенные расцепители, устанавливаемые заводом-изготовителем и рассчитанные на заданные номинальные токи. Номинальный ток расцепителя (Ihom.р) отличается от номинального тока выключателя (Ihom.b), но не превосходит его. Выключатели с максимальным токовым расцепителем снабжены отсечкой, кратность уставки которой по отношению к номинальному току расцепителя отстраивается от максимально возможного превышения тока над номинальным значением в процессе нормальной работы потребителя.

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором отсечка выключателя отстраивается от ударного пускового тока двигателя, на 10-20% превышая его значение:

При этом номинальная отсечка автоматического выключателя Ihom.о должна быть не меньше Io, но не должна превышать минимального значения тока КЗ в цепи. В каталогах на автоматические выключатели значения отсечки приводятся в абсолютных или в относительных (в кратностях к номинальному току расцепителя) значениях.

Номинальная уставка на ток срабатывания теплового расцепителя выключателя Ihom.т равна среднему значению между током несрабатывания расцепителя —1,1 Ihom.р и нормированным значением тока срабатывания —1,45 Ihom.р:

Время срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя находится из его защитной характеристики по току

перегрузки, длительно протекающему в цепи.

В выключателях широко используются два типа присоединения: переднее и заднее, а сами выключатели располагаются в распределительном устройстве в стационарном или выдвижном исполнении. Выключатели могут снабжаться ручным или двигательным и электромагнитным приводами в зависимости от типа выключателя и его номинального тока.

Таблица 7. Основные характеристики автоматов серии АЕ

Автоматические воздушные выключатели серии А3000

Автоматический выключатель QF1 - для защиты трансформатора

Автоматический выключатель расположен на КТП и защищает силовой трансформатор и энергосистему, поэтому должен отличаться высокой надёжностью работы. Как правило, это селективные выключатели, которые выбираются по номинальному току расцепителя:

;

.

Выбираем автоматический выключатель А3710Б:

Iн=630 А ;

U=380 В;

Iпред.откл.=32….42 кА;

tоткл. =0,03 с

Проверим выбранный выключатель по условию:

630 А >187,3686 А ; условие выполняется.

По ударному току КЗ:

,

5кА < 32кА.

Выключатель QF1 выбран правильно.

Автоматический выключатель QF2 - линия нагрузки 1 двигателя

Выбор автоматического выключателя по номинальному току расцепителя :

.

Из условия несрабатывания отсечки при пуске двигателя, номинальная отсечка расцепителя выключателя:

;

;

.

Ток отсечки Iо найдём из условия:

,

,

639,48 А > 581,346 А.

Так как Iном.дв1 =83,049 А, выбираем выключатель (из таблицы 7) АЕ-2050М

,

условия выполняются.

Выбранный выключатель имеет тепловой расцепитель, пятиполюсное исполнение.

Автоматический выключатель QF3 - линия нагрузки 2 двигателя

Выбор автоматического выключателя по номинальному току расцепителя:

.

Из условия несрабатывания отсечки при пуске двигателя, номинальная отсечка расцепителя выключателя:

;

;

 .

Ток отсечки Iо найдём из условия:

,

903,708 А>446,866 А.

Так как Iном.дв2 =59,582 А, выбираем выключатель (из таблицы 7) АЕ-2443 с

,

условия выполняются.

Выбранный выключатель имеет тепловой расцепитель, трехполюсное исполнение.

10. Выбор измерительного трансформатора тока

Трансформаторы тока (ТТ) предназначены для измерения тока в установках высокого напряжения и изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения. Первичный ток проходит через первичную обмотку, вторичная обмотка подключается к измерительным приборам и реле либо замыкается накоротко. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата (на полное напряжение).

Таблица 8. Трансформаторы тока внутренней установки на напряжение сети 0,66…35 кВ .

* Термическая и электродинамическая стойкость приведены в килоамперах.

1. Номинальное напряжение трансформатора должно соответствовать напряжению сети, в которой он устанавливается.

2. Наибольший возможный длительный ток должен быть по возможности ближе к номинальному току трансформатора для получения наименьшей погрешности. Допускается, чтобы первичный ток трансформатора был на 5 — 20 % больше тока линии.

Iном.т = 243,1 А.

По таблице 8 выбираем токовый трансформатор ТПЛ -10.

Iном.т.т = 300 А.

класс точности — 0,5.

электродинамическая стойкость или кратность — 250 кА.

трехсекундная термическая стойкость или кратность — 45.

3. Класс точности выбирается в соответствии с его назначением, более точные трансформаторы (класс 0,5 и 1) используется для измерений, более грубые для релейной защиты.

4. Проведем проверку электродинамической и термической стойкости.

Ток термической защиты стойкости должен быть больше действующего значения тока к.з.:

.

Ток КЗ силового трансформатора рассчитан ранее:

Ударный ток:

Электродинамическая стойкость может быть задана отношением амплитуды ударного тока к амплитуде номинального тока.

 кратность.

 т.е. 250 кА > 7640 А.

Условие выполняется.

Трансформатор тока на малые номинальные токи хотя и имеют достаточную кратность по динамической и термической устойчивости, но абсолютная величина устойчивости может быть недостаточна. Поэтому часто приходится брать ТТ на номинальный ток больше чем ток уставки, чтобы получить необходимую устойчивость, при этом, как правило, ТТ работает с большей погрешностью. По условиям механической прочности сечение алюминиевых проводов должно быть не менее 2,5 мм .

По условию термической прочности:

т.е. 13500 А > 5402 А.

Условие термической стойкости выполняется, следовательно ТТ выбран правильно.

11. Выбор предохранителей высокого напряжения (FV4, FV5, FV6) в цепи силового трансформатора и предохранителей линии уличного освещения (FV1,FV2,FV3)

Выбор предохранителей высокого напряжения для защиты силовых трансформаторов осуществляется по условию:

,

где: Iкз.т1 и Iкз.т2 максимальные токи КЗ высокой и низкой стороны силового трансформатора.

Для выбранного трансформатора:

,

где: - коэффициент трансформации силового трансформатора.

Таблица 9. Предохранители с кварцевым наполнителем

По таблице 9 выбираем предохранитель ПКЭ106-10-5-20-12,5 УЗ, у которого .

Рубильник SA1 предназначен для ручного включения и отключения тока в цепях с напряжением источника до 220 В постоянного, и 380 В переменного тока, при больших значениях напряжения этот аппарат коммутирует цепь только при отсутствии тока. Рубильники выпускаются в одно-, двух- и трёхполюсных исполнениях, номинальный ток рубильника должен быть больше чем отключаемый ток:

Uном =380 В,

Конструктивно рубильники различаются типом привод. Выбираем переключатель - разъединитель с центральной рукояткой с Iном.т =100 А >

Iном.осв =44,737 А, тип П-11

Предохранители низкого напряжения для линии уличного освещения

Выбор проводится аналогично выбору высоковольтных предохранителей. Номинальное напряжение предохранителя равно 380 В. Номинальный ток предохранителя должен быть не меньше номинального тока осветительных сетей.

Для сетей защищаемых от перегрузки следует выбирать плавкие вставки предохранителя с учётом пусковых токов:

Iном.осв =44,737 А; Iкз.осв =803 А (Расчёт произведён в пункте 7).

Широко применяются плавкие предохранители ПР - 2 - 60. При защите сетей предохранителями, они устанавливаются во всех не заземлённых полюсах или фазах. Категорически запрещается устанавливать предохранители в нулевых и нейтральных проводниках.

Выбираем предохранитель по условию  4500 > 803.

Предохранитель ПР-2-60, Iном. =60 А, Iпред.откл =4500 А, габариты 173x50,5x43.

12. Выбор разрядника высокого напряжения

Разрядники служат для защиты КТП от перенапряжений, возникающих в процессе коммутации воздействий атмосферных явлений. При повышении напряжения сверхноминального значения, разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе уставки.

Выбор разрядника происходит по номинальному значению напряжения, которое должно быть равно номинальному напряжению уставки, т. е. первичному напряжению силового трансформатора:

.

Номинальное напряжение разрядника входит в его обозначение.

Таблица 11. Трубчатые разрядники фибробакелитовые (серии РТФ).

Выбираем разрядник, по таблице 11: РТФ-10-0,2/1 УХЛ, Uном =10 кВ, Uнаиб.доп =12 кВ.

13. Выбор высоковольтного выключателя нагрузки - QS1

При выборе выключателя, его номинальные параметры сравниваются с параметрами сети в точке, где они устанавливаются. Номинальное напряжение должно быть не меньше номинального напряжения установки:

Номинальный длительный ток выключателя должен быть больше тока установки: , А.

Когда длительный ток установки не велик, выключатель с релейной защитой можно заменить выключателем нагрузки (ВН) и высоковольтными предохранителями. Тогда для отключения номинальных токов нагрузки используют выключатель, имеющий дугогасительное устройство небольшой мощности - выключатель нагрузки, а токи к.з. отключаются предохранителями.

ВНПР-10/400-203 У2ВН- выключатель нагрузки.

П- с пружинным приводом.

Р- с ручным заводом- местным управлением.

10- номинальное напряжение (кВ).

20- номинальная периодическая составляющая сквозного тока короткого замыкания (кА).

3- с заземленными ножами.

Выводы

В результате проделанных расчетов выбраны следующие аппараты и соединительные кабели:

ü    силовой трансформатор ТМ-160/10;

ü    автоматический выключатель серии АЕ-2050М для защиты двигателя 1;

ü    автоматический выключатель серии АЕ-2443 для защиты двигателя 2;

ü    автоматический выключатель серии А-3710Б для защиты силового трансформатора;

ü    трансформатор тока типа ТПЛ-10;

ü    предохранитель высокого напряжения типа ПКЭ106-10-5-20-12,5УЗ;

ü    предохранителей для защиты осветительных сетей типа ПР-2-60;

ü    трехполюсный переключатель-разъединитель типа П11;

ü    трубчатый разрядник высокого напряжения типа РТФ-10-0,2/1 УХЛ1;

ü    автогазовый выключатель нагрузки ВН-10/400-203 У2ВН;

ü    кабель марки АВВГ на разные сечения:

- для двигательной нагрузки 1 – 3*35+1*16 мм2;

- для двигательной нагрузки 2 – 3*16+1*10 мм2;

- для линии освещения – 3*10+1*6 мм2.

В процессе выполнения данной работы использовались следующие программы: Microsoft Word, Microsoft Visio, Mathcad.

Страницы: 1, 2, 3