4. Проверка оборудования тяговой подстанции

Выбранное по условиям длительного режима оборудование тяговой подстанции следует проверить по условиям к.з., т.е.на электродинамическую и термическую стойкость.

В общем случае, для проверки электродинамической стойкости оборудования необходимо находить механические напряжения в материале оборудования и сравнить их с допустимыми значениямив соответствии с условием:

_(4.1)

Непосредственно такой подход реализуется только для проверки жестких шин. Для остальной типовой электрической аппаратуры используется косвенный подход, при котором обеспечивается электродинамическая стойкость, т.е. должно соблюдаться условие:

_(4.2)

где: i_у расчетное значение удельного тока к.з.;

-каталожное нормируемое значение динамического (предельного сквозного) тока к.з.

При проверке на термическую стойкость оборудования также используется косвенный подход, при котором определяется не температура нагрева оборудования, а характеризующие её показатели. Для шин проверка на термическую стойкость заключается в определении минимального сечения термически устойчивого при к.з.:

q_ш>=q_min (4.3)

где: q_ш – выбранное по I_p.max сечении шин.

Для остальной аппаратуры проверка на термическую стойкость заключается в сравнении расчетного теплового импульса тока к.з. В_к с нормируемым значением В_н:

, (4.4)

Нормируемый тепловой импульс В_н задаётся непосредственно в каталогах, либо определяется через приведённые значения тока I_т и t_т термической стойкости:

_(4.5)

Расчетный тепловой импульс может быть определён по выражению:

, (4.6)

где: I_по – начальное значение периодической составляющей тока к.з.;

Т_а – постоянная времени апериодической составляющей тока к.з.

(принять Т_а = 0,05с).

Время в течении которого проходит ток к.з.,

, (4.7)

где: t₃ – время действия защиты рассматриваемой цепи;

t_в – полное время отключения выключателя до погасания дуги.

1. Проверка шин:

Расчетный тепловой импульс определяется по (5.6):

_110кВ:

35кВ:

_10кВ:

_0,4кВ:

_{Наименьшее сечение:}

, (4.8)

где B_К – тепловой импульс к.з., находится по выражению (3.6); С – константа, значение которой для алюминиевых шин равно 90, размерность С (А∙с^1,2/мм²).

_110кВ: - АС-95, т.к. 95>90,03 мм²

35кВ: - АС-95, т.к. 95>35,7 мм²

_10кВ: - А80х6, т.к. 80>77,87 мм²

_0,4кВ: - АС-95, т.к. 95>89,25 мм²

4.2 Проверка изоляторов:

Изоляторы, на которых крепятся токоведущие части в распределительных устройствах, проверяются в соответствии с выражением:

, (4.9)

где F_доп – допустимая нагрузка на изолятор; F_доп = 0,6∙F_разр. (F_разр. – разрушающее усилие приводится в каталогах); F_разр. - сила, действующая на изолятор. Её расчёт ведётся обычным способом и приведён /3, с.73-75; 8, с.99/.

(4.10)

Изоляторы РУ-3,3 кВ на термическую стойкость не проверяются.

0,4кВ: Изолятор ОФ – 6 – 375

Производим проверку по условию (5.9):

43<225 кг∙с,

Следовательно, изоляторы годны.

10кВ: изолятор ОНС – 10 – 300

Производим проверку по условию (5.9):

18<180 кг∙с,

Следовательно, изоляторы годны.

35кВ: Изолятор ПС-70Е

Производим проверку по условию (5.9):

18<42 кг∙с,

Следовательно, изоляторы годны.

110кВ: изолятор ПС-120 Б

Производим проверку по условию (5.9):

82<96 кг∙с,

Следовательно, изоляторы годны.

4.3 Проверка высоковольтных выключателей постоянного тока.

Помимо проверки на электродинамическую и термическую стойкость в соответствии с выражениями (5.2) и (5.3) высоковольтные выключатели проверяются ещё на отключающую и включающую способность.

Отключающая способность выбранного выключателя проверяется для момента расхождения контактов τ на симметричный ток отключения I_nτ и возможность отключения апериодической составляющей i_aτ, а также по параметрам напряжения восстановления на контактах выключателя после погасания дуги.

Время τ от начала к.з. до расхождения контактов выключателя определяют по выражению:

, (4.11)

где t_з.наим. – наименьшее время действия релейной защиты, принимается 0,01 с; t_св – собственное время отключения выключателя, время от момента подачи импульса на электромагнит отключения выключателя до момента расхождения контактов, принимается по каталогу.

В курсовом проекте источником питания является система бесконечной мощности (S_c = ∞), поэтому I_nτ равно действующему значению тока к.з., т.е. I_nτ = I_к.

Тогда условие проверки на симметричный ток отключения имеет вид:

, (4.12)

где I_н.откл – номинальный ток отключения выключателя (берётся по каталогу).

Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з. производится по условию:

, (5.13)

где – i_aτ апериодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения контактов выключателя:

, (4.14)

где Т_а = 0,05 c; i_а.ном – номинальное нормируемое значение апериодической составляющей тока к.з.

Значение i_а.ном находится по выражению:

, (4.15)

где β_ном – номинальное содержание апериодической составляющей. Может быть найдено по выражению:

. (4.16)

Для выключателей, имеющих τ ≥ 0,09 с, принимается β_ном = 0. В этом случае проверку выключателя можно производить только на симметричный ток отключения.

Проверку выключателя по параметрам восстанавливающего напряжения обычно не производят, так как в подавляющем большинстве случаев реальные условия восстановления напряжения на контактах выключателя соответствуют условиям испытания выключателя.

Проверка выключателя на включающую способность производится по условиям:

, (4.17)

где I_{вкл.ном} – действующее значение номинального тока включения (даётся в каталогах); i_{вкл.ном} – амплитудное значение номинального тока включения (даётся в каталогах).

110 кВ: ВГТ-110II-40/2500 У1 – электрогазовый выключатель

40>5,977 кА =>

2,7<23 кА =>

5,977<40 кА =>

15,5<102 кА =>

61<4800 =>

Все условия выполняются, выключатель годен.

35 кВ: ВГБЭ-35 – электрогазовый выключатель

12,5>2,874 кА =>

1,1<7,2 кА =>

2,874<12,5 кА =>

7,3<35 кА =>

9,25<469 =>

Все условия выполняются, выключатель годен.

10 кВ: ВВЭ-10-20/1600 У3 – электрогазовый выключатель

20>6,839 кА =>

1,86<6,6 кА =>

6,839<20 кА =>

17,4<52 кА =>

50,5<1200 =>

Все условия выполняются, выключатель годен.

4.4 Разъединители.

110кВ РНД3 - 110/630

На электродинамическую стойкость (по условию(5.2)):

15,2<80 кА =>

На термическую стойкость (по условию(5.4)):

66,09<1875=>

Все условия выполняются, разъединитель годен.

35кВ РНД3 – 35/630

На электродинамическую стойкость (по условию(4.2)):

7,3<64 кА =>

На термическую стойкость (по условию(4.4)):

10,325<468,75 =>

Все условия выполняются, разъединитель годен.

10кВ РВРЗ – 10/2000 – 1

На электродинамическую стойкость (по условию(4.2)):

17,4<47 кА =>

На термическую стойкость (по условию(4.4)):

49,11<675=>

Все условия выполняются, разъединитель годен.

4.5 Быстродействующие выключатели.

ВАБ-49

На отключающую способность:

где I_к.наиб. – установившийся ток к.з. на шинах 3,3 кВ

I_{откл.наиб.} – наибольший ток отключения БВ

50>41кА

Условие выполняется выключатель годен.

4.6 Трансформаторы тока.

Проверка проводится по условиям 2.1 и 2.2:

110 кВ ТФНД-110М-II

110=110 кВ => ,

157<(250-1200) => ,

Условия выполняются, трансформатор годен.

35 кВ ТФНД-35М

35=35 кВ => ,

488<(150-2000) => ,

Условия выполняются, трансформатор годен.

10 кВ ТЛ-10-1 У1

10=10 кВ => ,

1805<2500 => ,

Условия выполняются, трансформатор годен.

4.7 Трансформатор напряжения.

10кВ

НТМИ-10 кл 0,5

Проверим по условию

S_2н>S₂ (4.18)

S_2н=120ВА

Проверку на соответствие работы в принятом классе точности производим по схеме рис.9 с учетом резерва подключения перспективных потребителей. Определим суммарной активной и реактивной мощностей приборов сведено в табл.4.1

Таблица 4.1

Прибор	Тип	Число катушек напряжения в приборе на 1 фазу	Число приборов на 1 фазу	Потреб. мощность парал. катушками		cos φ прибора	sin φ прибора	Мощность
				Одного прибора	Всех приборов			Pприб. Вт	Qприб. ВАр
Счетчик активный	САЗУ	1	8	4	32	0,38	0,93	12,15	29,8
Счетчик реактивный	СРЗУ	1	8	4	32	0,38	0,93	12,15	29,8
Вольтметр с переключателем	ЭЗО	1	1	5	5	1	0	5	-
Реле напряжения	РН-54/160	1	2	1	2	1	0	2	-

Условие выбора удовлетворяются, так как

S_2н=120ВА>S₂=66,5ВА

Все результаты сводим в таблицу 4.2

Таблица 4.2 Выбор и проверка коммутирующей аппаратуры

Тип выбираемого аппарата	Расчётные данные							Паспортные данные							Результат
	Uраб, кВ	Iраб.max, кА	Iп0, кА	iу, кА	Bк, кА^2∙t	qmin, мм^2	Uном, кВ		Iном, кА	Iном.откл, кА	iскв, кА	I^2∙tТ, кА^2∙t	qш, мм^2
ОРУ-110кВ	1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11	12
Шины АС-95	110	0,157	5,98	15,2	66,09	90,03	110		0,33	-	-	-	95	годен
Разъединитель РНД3-110/630	110	0,157	5,98	15,2	68	-	110		0,63	-	80	1875	-	годен
ВГТ110II-40/2500У1	110	0,157	5,98	15,2	68	-	110		1,25	40	23	4800	-	годен
Тр-р тока ТФНД-110МII	110	0,157	5,98	15,2	68	-	110		0,3	-	63,6	1518,7	-	годен
Разрядник ОПН-110	110	0,157	5,98	15,2	-	-	110		-	-	-	-	-	годен
Изолятор ПС-120Б	110	0,157	5,98	15,2	-	-	110		-	-	-	-	-	годен
Привод ПП-61	110	0,157	5,98	15,2	-	-	110		-	-	-	-	-	годен
Двигатель МУН-13	110	0,157	5,98	15,2	-	-	110		-	-	-	-	-	годен
РУ-35кв
Продолжение таблицы 4.2
	1	2	3	4	5	6	7		8	9	10	11	12
Шины АС-95	35	0,488	2,87	7,3	10,34	35,7	35		0,33	-	-	-	95	годен
Разъединитель РНД3-35/630	35	0,488	2,87	7,3	10,9	-	35		0,63	18,5	64	1600	-	годен
Выключатель ВГБЭ-35/630	35	0,488	2,87	7,3	10,9	-	35		0,63	12,5	35	468,7	-	годен
Тр-р напряжения НТМИ-10	35	0,488	2,87	7,3	-	-	35		-	-	-	-	-	годен
Тр-р тока ТФНД-35Н	35	0,488	2,87	7,3	10,9	-	35		0,3	-	42,4	1140,7	-	годен
Разрядник ОПН-35-10УХЛ	35	0,488	2,87	7,3	-	-	35		-	-	-	-	-	годен
Изолятор ПС-70Е	35	0,488	2,87	7,3	-	-	35		-	-	-	-	-	годен
РУ-10кВ
Шины А80х6	10	0,245	6,84	17,4	49,11	77,87	10		1,15	-	-	-	80	годен
Разъединитель РВРЗ-10/2000-1	10	0,245	6,84	17,4	50,5	-	10		2	-	47	3969	-	годен
Выключатель ВВЭ-10-20/1600 У3	10	0,245	6,84	17,4	50,5	-	10		1,6	20	6,6	1200	-	годен
Тр-р напряжения НТМИ-10	10	0,245	6,84	17,4	-	-	10		-	-	-	-	-	годен
Тр-р тока ТЛ-10-1У3	10	0,245	6,84	17,4	50,5	-	10		1,5	-	33,9	28518	-	годен
Разрядник ОПН-10	10	0,245	6,84	17,4	-	-	10		-	-	-	-	-	годен
Изолятор ОНС-10-300	10	0,245	6,84	17,4	-	-	10		-	-	-	-	-	годен
РУ-3,3кВ
Шины: +3А – 120х10 -4А – 120х10 Зап.2А – 120х10	3,3 3,3 3,3	4,8 6 3	-	-	-	-	3,3 3,3 3,3		4,86 6,5 3,9	-	-	-	120 120 120	годен
Разъединитель РВК-10/4000	3,3	4,8	-	-	-	-	3,3		4	-	-	-	-	годен
Выключатель ВАБ-49-5000/30	3,3	4,8	-	-	-	-	3,3		2*3	-	-	-	-	годен
Разрядник ОПН-3,3-0,1 ОПНК-П1-3,3УХЛ1	3,3 3,3	-	-	-	-	-	-		3,3 3,3	-	-	-	-	годен
Изолятор ОФ-6-375	3,3	-	-	-	-	-	-		3,3	-	-	-	-	годен
РУ-0,4кВ	-	-	-	-	-	-	-		-	-	-	-	-
Шины А95	0,4	0,808	11,97	22	64,52	89,25	-		0,33	-	-	-	95	годен
Выключатель ВАМУ	0,4	0,808	11,97	22	93,3	-	-		0,4	-	-	-	-	годен
Разрядник ОПН-0,4	0,4	0,808	11,97	22	-	-	-		0,4	-	-	-	-	годен
Изолятор ОФ-6-375	0,4	0,808	11,97	22	-	-	-		0,4	-	-	-	-	годен
Тр-р тока ТОП-0,66	0,4	0,808	11,97	22	73,7	95,4	-		0,4	800	-	-	-	годен