03_Выбор оборудования
.pdfПримем, что l = 1 м, а = 0,25 м. Тогда наибольший изгибающий момент МП, действующий на проводники от взаимодействия полос одной фазы, согласно выражению (2.9) равен
МП = 202 12 0,4 = 13,89 Н м.
1,92 6
Момент сопротивления одной полосы 60 х 6 в пакете, согласно формуле (2.4),
WП = 62 60 = 360 мм3 .
6
А наибольшее расчетное напряжение в материале проводников от взаимодействия полос в пакете одной фазы составит
П = 13,89360 103 = 38,58 МПа.
Наибольший изгибающий момент МФ, возникающий между пакетами разных фаз, найдем по соотношению (2.3)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 202 |
12 |
|||
МФ = |
|
|
|
|
|
= 27,71 Н м. |
|
|
|
|
|
||
|
100 |
0,25 |
Для двухполосных проводников 2хАДО-60х6, расположенных «на ребро», момент сопротивления согласно выражению (2.11) равен
WФ= 1,44 62 60 = 3110 мм2.
А наибольшее расчетное напряжение в материале проводников от взаимодействия пакетов разных фаз, согласно формуле (2.13) составит
Ф = 27,713110 103 = 8,910 МПа.
Полное механическое напряжение в двухполосных проводниках равно
σРАСЧ σ σ 38,58 + 8,910 = 47,49 МПа. |
|
Так как для алюминиевых токоведущих частей =65 МПа, то |
РАСЧ |
. Поэтому двухполосные алюминиевые проводники 2АДО-606, расположенные «на ребро», проходят по электродинамической устойчивости для сборных шин ЗРУ 6 кВ.
2.2.3 Проверка жестких проводников на термическую стойкость
Последовательность данной проверки состоит в следующем. Рассчитывается сечение qВ выбранных проводников, мм2
qВ = b h, |
(2.15) |
где b, h – соответственно толщина и высота прямоугольного проводника, мм.
21
Определяется полный тепловой импульс BK тока КЗ, А2 с |
|
|
|
BK = I2П0 (tзащ max + tCB + tГ + TA), |
(2.16) |
где IП0 – |
суммарное значение периодического тока КЗ в нулевой момент |
|
|
времени, А; |
|
tзащ max – |
максимальное время действия релейной защиты (если это время |
|
|
неизвестно, то его можно принять равным 1,5 с, что соответст- |
|
|
вует времени срабатывания вторых ступеней резервных защит); |
|
tCB – |
собственное время отключения выключателя (если выключатель |
|
|
еще не выбран, то tCB можно принять равным 0,1 с); |
|
tГ – |
время гашения дуги, можно принять равным 0,05 с; |
|
TA – |
постоянная времени, можно принять равным 0,05 с. |
|
После этого находим минимальное сечение проводников, которые могут
выдержать термическое действие тока КЗ, мм2 |
|
||||
qmin = |
|
BK |
|
, |
(2.17) |
C |
|
||||
|
|
|
|
где С – коэффициент, равный для алюминиевых проводников 90, а для медных
– 165, А с1/2/мм2.
Проводник будет термически стоек, если выбранное сечение жестких проводников больше или равно минимальному, т.е.
q В qmin. |
(2.18) |
Пример 2.4
Задание. Выбранные жесткие алюминиевые проводники сечением АДО– 30 х 4 проверить на термическую устойчивость. Ток КЗ в данном элементе РУ
IП0 =10 кА.
Решение. Находим сечение выбранных проводников по формуле (2.15), qВ = 4 30 = 120 мм2.
Определяем полный тепловой импульс тока КЗ из уравнения (2.16),
BK = 100002 (1,5 + 0,1 + 0,05 + 0,05) = 170 106 А2 с.
Находим минимальное сечение шин, которые могут выдержать термическое действие токов КЗ по выражению (2.17),
qmin = 170 106 = 144,9 мм2.
90
Так как qВ < qmin , то для обеспечения термической устойчивости необ-
22
ходимо увеличить сечение шины. Выбираем следующее сечение — АДО-404.
Тогда qВ = 440 = 160 мм2, и qВ qmin . Проводники АДО-404 в данном случае будут термически устойчивы.
2.3 Выбор токоведущих частей в ЗРУ постоянного тока
На тяговых подстанциях электрических железных дорог РУ 3,3 кВ выполняют закрытыми (ЗРУ). В качестве токоведущих частей в них используют жесткие алюминиевые проводники прямоугольного сечения (шины) марки АДО [4].
Сечение алюминиевых проводников прямоугольного сечения для ЗРУ постоянного тока выбирается по условию (2.1). Основные параметры жестких проводников приведены в таблице А.2. Более подробные данные о них можно получить в литературе [3, 5, 6, 7].
При выборе сечения жестких проводников необходимо учитывать расположение их в РУ. При расположении их «плашмя» допустимый ток уменьшается в соответствии с п. 2.2.1.
Токоведущие части ЗРУ постоянного тока защищены быстродействующими выключателями, поэтому на электродинамическую и термическую стой-
кости они не проверяются [8].
Пример 2.5
Задание. Выбрать токоведущие части РУ 3,3 кВ по данным примера 1.2. Решение. Для участка присоединения преобразователя (переменный ток
IР max = 2610 А) по условию (2.1) из таблицы А.2 выбираем двухполосные проводники 2АДО-10010 (IДОП = 2860 А).
Для вводов и сборных шин (постоянный ток IР max = 3150 А) по условию (2.1) из таблицы А.2 выбираем двухполосные проводники 2АДО-10010 (IДОП
= 3350 А).
Для фидеров контактной сети (постоянный ток IР max= 2100 А) по условию (2.1) из таблицы А.1 выбираем пять параллельных провода 5А-150 (IДОП
= 5 440 = 2200 А).
Для рельсового фидера контактной сети (постоянный ток IРmax=3150 А) по условию (2.1) из таблицы А.1 выбираем семь параллельных проводников А- 185 (IДОП = 7 500 = 3500 А).
Результаты выбора жестких алюминиевых проводников ЗРУ 10 кВ, 6 кВ, 3,3 кВ необходимо свести в таблицу, аналогичную таблице 2.4.
23
Таблица 2.4 – Результаты выбора жестких проводников по примерам 2.2–2.5
|
|
По электродинами- |
По электро- |
Оконча- |
|
Элемент РУ |
По IР МАХ |
ческой устойчиво- |
термической |
тельное |
|
|
|
сти |
устойчивости |
сечение |
|
Ввод РУ 10 кВ |
30 х 4 |
40 х 4 «плашмя» |
40 х 4 |
40 х 4 |
|
Сборные шины |
2х (60х6) |
2х (60х6) |
2х (60х6) |
2х (60х6) |
|
РУ 10 кВ |
«на ребро» |
||||
|
|
|
|||
Фидер ТСН РУ 10 кВ |
15 х 3 |
30 х 4 «плашмя» |
40 х 4 |
40 х 4 |
|
Ввод и сборные шины |
2х (100 х10) |
— |
— |
2х (100 х 10) |
|
РУ 3,3 кВ |
|||||
|
|
|
|
После выбора токоведущих частей во всех элементах РУ тяговой подстанции и заполнения таблиц, аналогичных таблицам 2.3 и 2.4, необходимо начертить упрощенную схему тяговой подстанции, указав на ней марки выбранных проводников. На схеме рекомендуется провода круглого сечения показывать обычными линиями, а жесткие проводники прямоугольного сечения – белыми плоскими.
Пример такой схемы для транзитной тяговой подстанции переменного тока с РУ 220 кВ, РУ-27,5 кВ и РУ 10 кВ приведен на рисунке 2.5.
Рисунок 2.5 – Упрощенная схема транзитной тяговой подстанции переменного тока с марками токоведущих частей
Выбранные проводники обозначить на СГЭС заданной тяговой подстанции.
24
3Выбор изоляторов
3.1Выбор изоляторов в ОРУ переменного тока
Сталеалюминевые провода открытых РУ 220 кВ, РУ 110 кВ, РУ 35 кВ и РУ 27,5 кВ подвешиваются на одинарных гирляндах, составленных из подвесных изоляторов типа ПФ-6А (ПС-6А). Тип изоляторов расшифровывается следующим образом: П – подвесной, Ф – фарфоровый (С – стеклянный), 6 – разрушающая нагрузка 60 кН, А – исполнение. Их число и расстояние между проводами фаз приведено в таблице 3.1 [5].
Таблица 3.1 – Число изоляторов в гирлянде (NИ) и расстояние между проводами разных фаз (D)
Напряжение ОРУ, кВ |
NИ, шт. |
D, мм |
27,5 |
4 |
1600 |
35 |
5 |
1600 |
110 |
8 |
3000 |
220 |
14 |
5500 |
В современных условиях предлагается применение высоковольтных полимерных изоляторов ЛК-70, которые выполнены на основе композиционных материалов: высокопрочного стеклопластикового стержня, защитной оболочки из кремнийорганической резины, обладающей повышенной гидрофобностью и трекингостойкостью из сырьевых материалов фирмы Dow Corning, Wacker, General Electric и др. Изоляторы обладают повышенной сейсмостойкостью и устойчивостью к актам вандализма. Расшифровывается ЛК-70/35-4 УХЛ1 таким образом: ЛК – линейный кремнийорганический изолятор; 70 – минимальная механическая разрушающая сила при растяжении, не менее, кН; 35 – номинальное напряжение, кВ; 4 – степень загрязненности атмосферы; УХЛ1 – климатическое исполнение и категория размещения.
Более подробные данные об изоляторах можно получить в литературе [3,
5–12,14–15].
Изоляторы подвесные на коронирование, электродинамическую и термическую устойчивость не проверяются [5].
3.2 Выбор изоляторов в ЗРУ переменного тока
3.2.1 Опорные изоляторы
Токоведущие части ЗРУ (жесткие алюминиевые проводники прямоугольного сечения) крепятся на опорных изоляторах типа ИО (рисунок Б.1, б).
25
Пример обозначения опорных изоляторов – ИО-10-3,75 У3. Это расшифровывается следующим образом: И – изолятор, О – опорный, 10 – номинальное напряжение в кВ, 3,75 – наименьшая разрушающая нагрузка при изгибе в кН, У3
– умеренный климат для внутренней установки. ОСК-10-35-А-4 УХЛ1 : О – опорный, С – стержневой, К – защитная оболочка кремнийорганическая, 10 – минимальное разрушающее усилие на изгиб, в кН , 35 – номинальное напряжение, в кВ, А – исполнение фланцев, 4 – степень загрязнения, УХЛ1–умеренно- холодный климат наружной установки
Основные параметры опорных изоляторов приведены в таблице Б.1. Более подробные данные о них можно получить в литературе [3, 5–12, 14–16].
Выбор опорных изоляторов [6] производится по условию
UУСТ UН , |
(3.1) |
– номинальное напряжение установки или РУ;
– номинальное напряжение изолятора.
Опорные изоляторы ЗРУ переменного тока проверяются на электродинамическую стойкость, т. е. на механическую прочность при протекании по проводникам ударного тока КЗ. Условие проверки [6]:
FРАСЧ 0,6 · FРАЗР , |
(3.2) |
где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ; определяется по следующей формуле, Н
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FРАСЧ |
|
3 i2 |
l |
|
kН , |
|
|
||||
|
|
|
|
У |
|
|
|
(3.3) |
|||||
|
|
10 а |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
iУ – |
ударный ток КЗ в данном РУ, кА; |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
l = 1…1,3 м – |
расстояние между осями изоляторов (рисунок 2.2, а); |
|
||||||||||
|
а = 0,25…0,3 м – |
расстояние между осями проводников разных фаз (рисунок 2.2, б); |
|
||||||||||
|
kH – |
поправочный коэффициент; для проводников, расположенных «плашмя», |
kH = 1, а |
||||||||||
|
|
для проводников, расположенных «на ребро», равен |
|
|
|||||||||
|
|
k |
|
1 |
b |
|
|
|
h |
|
, |
(3.4) |
|
|
|
H |
H |
|
2 H |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где |
b, h – |
соответственно толщина и высота прямоугольного проводника, мм; |
|
||||||||||
|
Н – |
высота опорного изолятора, мм (рисунок Б.1, б и таблица Б.1); |
|
||||||||||
|
FРАЗР – |
наименьшая разрушающая изолятора нагрузка при изгибе |
|
(таблица Б.1).
26
Пример 3.2
Задание. Выбрать опорные изоляторы для ЗРУ 10 кВ. Жесткие проводники АДО-120х10 расположены «на ребро». Ударный ток КЗ iУ = 40 кА.
Решение. Примем, что l = 1 м, а а = 0,25 м. Из таблицы Б.1 по условию
(3.1) выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3 (UH = 10 кВ, FРАЗР =3,75 кН, Н = 120 мм).
Тогда сила, действующая на изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ, согласно уравнению (3.3), будет равна
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 402 |
1 |
|
1 |
|
10 |
|
120 |
|
1755 |
H 1, 755 êÍ |
|||
FРАСЧ = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
10 |
0, 25 |
|
|
120 |
|
2 120 |
|
кН. |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Условие (3.2) 1,755 кН 0,6 · 3,75 = 2,25 кН соблюдается. Поэтому для ЗРУ 10 кВ окончательно выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3.
3.2.2 Проходные изоляторы
Для проведения токоведущих частей сквозь стены и перекрытия зданий служат проходные изоляторы типа ИП. Пример обозначения проходных изоляторов — ИП-10/630-750 УХЛ1. Это расшифровывается следующим образом: И
– изолятор, П – проходной, 10 – номинальное напряжение в кВ, 630 – номинальный ток в А, 750 – наименьшая разрушающая нагрузка при изгибе 7,5 кН, УХЛ1 – для наружно-внутренней установки. Основные параметры проходных изоляторов приведены в таблице Б.2. Более подробные данные о них можно получить в литературе [3, 5–12, 14–15].
Выбор проходных изоляторов /6/ производится по условиям
|
|
UУСТ UН , IР max IН , |
(3.5) |
где |
UУСТ – |
номинальное напряжение установки или РУ; |
|
|
UН – |
номинальное напряжение изолятора; |
|
|
IР max – |
максимальный рабочий ток в данном элементе РУ; |
|
|
IН – |
номинальный ток проходного изолятора. |
|
Проходные изоляторы ЗРУ переменного тока проверяются /6/ на электродинамическую стойкость, т. е. на механическую прочность при протекании по проводникам ударного тока КЗ. Условие проверки
FРАСЧ 1,2·FРАЗР , |
(3.6) |
где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ; определяется по следующей формуле, Н:
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 i |
l |
|
||||
FРАСЧ |
|
|
|
|
|
У |
|
, |
(3.7) |
|
a |
|
|||||||
|
10 |
|
|
|
27
FРАЗР – наименьшая разрушающая изолятора нагрузка при изгибе (таблица Б.2).
Пример 3.3
Задание. Выбрать проходные изоляторы для вводов ЗРУ 6 кВ. Максимальный рабочий ток IР max= 980 А, а ударный ток КЗ iУ = 45 кА.
Решение. Примем, что l = 1 м, а а = 0,25 м. Из таблица Б.2 по условиям (3.5) выбираем проходной изолятор ИП-10/1000-750 УХЛ1 (UH = 10 кВ, IН
=1000 А, FРАЗР = 7,5 кН).
Тогда сила, действующая на проходной изолятор при протекании по проводникам ударного тока КЗ, согласно формуле (3.7) будет равна
|
|
|
|
|
|
|
FРАСЧ = |
|
3 452 1 |
1403 |
H 1, 403 êÍ |
||
10 0, 25 |
|
|||||
|
кН. |
Условие (3.6) 1,403 кН 1,2 ∙ 7,5 = 9 кН соблюдается. Поэтому для вводов ЗРУ 6 кВ окончательно выбираем проходной изолятор ИП-10/1000-
750УХЛ1.
3.3 Выбор изоляторов в ЗРУ постоянного тока
Вкачестве опорных в РУ 3,3 кВ применяются изоляторы типа ИО (таблица Б.1). Они выбираются по условию (3.1).
Вкачестве проходных в РУ 3,3 кВ применяются изоляторы типа ИП (таблица Б.2). Они выбираются по условиям (3.5).
Так как токоведущие части ЗРУ постоянного тока защищены быстродействующими выключателями, то на электродинамическую стойкость опорные и проходные изоляторы они не проверяются [8].
После выбора всех изоляторов на тяговой подстанции необходимо составить таблицу, аналогичную таблицам 1.3 и 1.5, и начертить упрощенную схему тяговой подстанции, указав на ней места расположения и типы подвесных, опорных и проходных изоляторов.
Пример 3.4
Задание. Выбрать опорные изоляторы РУ 3,3 кВ и проходные изоляторы, установленные между трансформатором ТДП-12500/10ЖУ1 и выпрямителем ПВЭ-3 внутренней установки.
Решение. По таблице Б.1 и условию (3.1) выбираем для РУ 3,3 кВ опорные изоляторы ИО-6-3,75. Из литературы [3] определяем ток вентильной обмотки трансформатора ТДП-12500/10ЖУ1 – I2Н = 2610 А. По таблице Б.2 и условиям (3.5) выбираем проходной изолятор ИП-10/5000-4250 УХЛ 1.
28
Рисунок 3.1 – Упрощенная схема отпаечной тяговой подстанции постоянного тока с указанием типов изоляторов
Выбранные изоляторы необходимо обозначить на СГЭС.
29
4Выбор коммутационной аппаратуры
4.1Выбор выключателей
4.1.1 Выключатели переменного тока
В распредустройствах переменного тока тяговых и трансформаторных подстанций в основном применяются маломасляные, вакуумные и элегазовые выключатели, которые служат для коммутации электрической цепи в любых режимах: при холостом ходе, при нагрузках и при КЗ. Основные параметры выключателей переменного тока приведены в таблице В.1, а буквенные обозначения в таблице В.4. Более подробные данные о них можно получить в ли-
тературе [6, 7, 9, 16–20, 23–25].
На тяговых подстанциях можно применить элегазозаполненное оборудование типа ПАСС МО производства фирмы АББ (Италия). Один элемент этого оборудования может содержать до двух выключателей, от одного до трех разъединителей и заземляющих ножей. Основные электрические характеристики ПАСС МО приведены в таблице В.1. Выбор и проверка оборудования ПАСС М0 производится аналогично выбору и проверке выключателей переменного тока.
Высоковольтные выключатели выбираются при соблюдении условий [6]: по номинальному напряжению –
|
UУСТ UН , |
(4.1) |
по номинальному току – |
|
|
|
IР max IН , |
(4.2) |
где UУСТ – |
номинальное напряжение установки или РУ; |
|
UН – |
номинальное напряжение изолятора; |
|
IР max – |
максимальный рабочий ток в данном элементе РУ; |
|
IН – |
номинальный ток проходного изолятора. |
|
Высоковольтные выключатели проверяются на отключающую способность, а также на термическую и электродинамическую стойкость.
При проверке выключателя на отключающую способность по номинальному току отключения должно соблюдаться условие на возможность отклю-
чения периодического тока:
|
|
IП IН ОТКЛ |
, |
(4.3) |
где |
IП – |
периодический ток КЗ в момент отключения выключателя ; этот момент, в свою очередь, |
||
|
|
равен |
|
|
|
|
= tЗАЩ min+ tCB , |
(4.4) |
|
где tЗАЩ min – |
минимальное время срабатывания релейной защиты, можно принять равным 0,01 с; |
|
tCB – собственное время срабатывания выключателя (таблица В.1);
30