2.7.Выбор высоковольтных электрических аппаратов

2.7.1.Выбор выключателей

Выбор выключателей производится на основе сравнения расчетных данных с соответствующими каталожными. Выключатели выбираются по номинальному напряжению, номинальному току, конструктивному выполнению, месту установки. Проверяются по параметрам отключения, а также на электродинамическую и термическую стойкость.

Т.е. должны выполняться условия:

Uс ≤Uном	(2.26)
Iрасч ≤ Iном	(2.27)
≤Iоткл	(2.28)
iуд ≤ iдин	(2.29)
Bк≤	(2.30)

где В_к- тепловой импульс тока, кА²с;

I_t- ток термической стойкости выключателя в течение времениt, которое указывается в каталоге, кА.

(2.31)

где I_∞- действующее значение периодической составляющей тока КЗ, кА;

t_откл- время от начала КЗ до его отключения, с.

(2.32)

здесь t_з- время действия релейной защиты, для МТЗt_з=0,5÷1 с;

t_вык- полное время отключения выключателя, с;

Т_а- постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ.

(2.33)

где Х_Σ,R_Σ- соответственно суммарное индуктивное и активное сопротивления цепи до точки КЗ.

В сетях, где активные сопротивления не учитывают из-за их несущественного влияния на полное сопротивление цепи КЗ, можно принять Т_а=0,05 [8].

Выбор выключателей произведем на примере выключателей Q₁-Q₇.

Расчетный ток в этом случае можно определить по формуле:

(2.34)

где S_{ном. т}- номинальная мощность силового трансформатора, кВА;

U_ном- номинальное напряжение, кВ.

По справочнику [5] выбираем воздушный выключатель типа ВВ-35-20/1250У3.

Тепловой импульс тока при КЗ определим по формуле (2.31):

Т.к. активное сопротивление в цепи до точки к-1 отсутствует, зададимся Т_а=0,02.

Интеграл Джоуля для выбранных выключателей:

то есть В_к<<

Выбор остальных выключателей произведен аналогично, результаты расчетов сведены в табл.2.8.

При выборе выключателей учтено, что при КЗ в некоторых точках схемы электроснабжения токи КЗ не являются результатом сложения токов КЗ от системы и от всех двигателей. Так, например, при КЗ в точке к-4 через выключатель Q₅₉может протекать ток КЗ от системы по линии и ток подпитки от двух двигателей. Через выключателиQ₆₀-Q₆₃может протекать ток КЗ от системы и ток подпитки не более трех асинхронных двигателей.

Таблица 2.8

Выбор высоковольтных выключателей

Место установки выключателей по прил.1	Тип выключателей	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные выключателя
Q1-Q7	ВВ-35-20/1250У3	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	35 кВ 412,4 А 5,7 кА 14,4 кА 35,7 кА^2с	35 кВ 1250 А 20 кА 52 кА 1600 кА^2с
Q8, Q11, Q12	ВВ-35-20/1250У3	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	35 кВ 102 А 5 кА 12,6 кА 28,25 кА^2с	35 кВ 1250 А 20 кА 52 кА 1600 кА^2с
Q9, Q13, Q14	ВВ-35-20/1250У3	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	35 кВ 120,9 А 4,93 кА 12,5 кА 27,5 кА^2с	35 кВ 1250 А 20 кА 52 кА 1600 кА^2с

Продолжение табл.2.8

Место установки выключателей по прил.1	Тип выключателей	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные выключателя
Q10, Q15, Q16	ВВ-35-20/1250У3	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	35 кВ 84,5 А 4,66 кА 11,83 кА 24,5 кА^2с	35 кВ 1250 А 20 кА 52 кА 1600 кА^2с
Q17, Q18, Q23, Q31, Q32	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 508,4 А 10,72 кА 28,7 кА 129,3 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q19, Q20	ВВ/TEL-10-20/1000У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 705,4 А 13,2 кА 33,52 кА 1264 кА^2с	10 кВ 1000 А 20 кА 52 кА 1600 кА^2с
Q21, Q22	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 493,1 А 12,21 кА 30,92 кА 1075 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q24	ВВ/TEL-10-20/1000У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 705,4 А 11,62 кА 29,51 кА 151,9 кА^2с	10 кВ 1000 А 20 кА 52 кА 1600 кА^2с
Q25	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 493,1 А 11,42 кА 28,9 кА 146,7 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q26-Q30, Q33-Q37	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 59,1 А 10,72 кА 28,7 кА 129,3 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q38, Q39, Q45-Q47	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 148,3 А 13,2 кА 33,52 кА 196,02 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с

Продолжение табл.2.8

Место установки выключателей по прил.1	Тип выключателей	Условия выбора	Расчетные данные сети	Каталожные данные выключателя
Q40-Q44, Q48-Q52	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 16 А 13,2 кА 33,52 кА 196,02 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q53-Q56	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 151,3 А 12,21 кА 30,92 кА 167,7 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q57, Q58	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 122,4 А 7,96 кА 16,6 кА 71,3 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q59	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 122,4 А 7,74 кА 16,03 кА 67,4 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с
Q60-Q63	ВВ/TEL-10-20/630У2	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном Iк ≤ Iоткл iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 37,2 А 7,96 кА 16,6 кА 71,3 кА^2с	10 кВ 630 А 20 кА 52 кА 1200 кА^2с

2.7.2.Выбор шин

В качестве сборных шин примем алюминиевые шины прямоугольного сечения. Расчет сечений приведен в табл.2.9, на основании расчетов табл.2.5.

Таблица 2.9

Выбор сечения шинопроводов

Место расположения	Расчетный ток, А	Допустимый длительный ток, при одной полосе на фазу, А	Принятая марка шин
ЗРУ-6 кВ “КНС-4”	705,4	740	50х6, ШАТ
ЗРУ-6 кВ “ПНС-1А”	493,1	540	40х5, ШАТ
ЗРУ-6 кВ “Куст 251”	508,4	540	40х5, ШАТ
ЗРУ-6 кВ “ПлНС-2”	122,4	165	15х3, ШАТ

Условие выбора шин:

(2.35)

Проверим шины на электродинамическую стойкость к токам КЗ. В качестве примера рассмотрим шины расположенные в ЗРУ-6 кВ “КНС-4”. Шину, закрепленную на изоляторах, можно рассматривать как многопролетную балку. Наибольшее напряжение в металле при изгибе:

(2.36)

где М - изгибающий момент создаваемый ударным током КЗ, Н·м;

W- момент сопротивления, м³.

(2.37)

где F- сила взаимодействия между проводниками при протекании по ним ударного тока КЗ, Н;

l- расстояние между изоляторами,l=1,1 м.

(2.38)

где а - расстояние между токоведущими шинами, а=0,35 м;

К_ф- коэффициент формы, К_ф=1,1.

Момент сопротивления при расположении шин плашмя:

(2.39)

гдеb,h- соответственно узкая и широкая стороны сечения шины, м.

Тогда наибольшее напряжение в металле шин:

Допустимое при изгибе напряжение для алюминиевых шин σ_доп=70 МПа, следовательно, выбранные шины удовлетворяют условиям электродинамической стойкости.

Для проверки возможности возникновения механического резонанса в шинах определим частоту свободных колебаний шин:

(2.40)

где l- пролет шины,l=1,1 м;

Е- модуль упругости материала шины, для алюминия Е=7,2·10¹⁰Н/м²;

J- момент инерции сечения шин относительно оси изгиба, м⁴;

m- масса единицы длины шины,m=0,802 кг/м.

(2.41)

Т.к. ƒ₀> 200 Гц, явление резонанса не учитываем.

Проверим шины на термическую стойкость. Минимально допустимое сечение алюминиевых шин:

(2.42)

где I_∞- ток короткого замыкания, А;

t_пр- приведенное время КЗ, с;

(2.43)

где t_пр.п,t_пр.а - периодическая и апериодическая составляющие приведенного времени КЗ, с.

Для времени отключения КЗ t_откл=1 с и β^"=1:

Выбранные шины удовлетворяют условиям термической стойкости, поскольку сечение шин:

F_ш>F_т, или 50х6=300 > 124,7 мм²

Проверка остальных шин производится аналогичным образом, в результате можно сделать вывод, что выбранные сечения шин удовлетворяют условиям электродинамической и термической стойкости.

2.7.3.Выбор трансформаторов тока и напряжения

Для выбора трансформаторов тока составим табл.2.10.

Таблица 2.10

Выбор трансформаторов тока

Место установки	Тип трансформатора	Вариант исполнения	Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
ОРУ-35 кВ ПС “Промзона”	ЗНОЛ-35	0,5/10Р	Uном≥Uс I1ном≥Iрасч ≥iуд Кt ≥	35 кВ 412,4 А 14,4 кА 10,2	35 кВ 500 А 105,7 кА 65
ЗРУ-6 кВ “Куст 251”	ТЛК-10	0,5/Р	Uном≥Uс I1ном≥Iрасч ≥iуд Кt ≥	6 кВ 508,4 А 28,7 кА 16	10 кВ 600 А 84,6 кА 20
ЗРУ-6 кВ “КНС-4”	ТЛК-10	0,5/Р	Uном≥Uс I1ном≥Iрасч ≥iуд Кt ≥	6 кВ 705,4 А 33,52 кА 14,8	10 кВ 800 А 112,8 кА 20

Продолжение табл.2.10

Место установки	Тип трансформатора	Вариант исполнения	Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
ЗРУ-6 кВ “ПНС-1А”	ТЛК-10	0,5/Р	Uном≥Uс I1ном≥Iрасч ≥iуд Кt ≥	6 кВ 493,1 А 30,92 кА 18,2	10 кВ 600 А 84,6 кА 20
ЗРУ-6 кВ “ПлНС-2”	ТЛК-10	0,5/Р	Uном≥Uс I1ном≥Iрасч ≥iуд Кt ≥	6 кВ 122,4 А 16,6 кА 11,9	10 кВ 600 А 84,6 кА 20

Проверку трансформаторов тока на электродинамическую стойкость произведем на примере трансформатора тока ЗНОЛ-35.

(2.44)

где К_дин- кратность электродинамической устойчивости, приводится в каталогах, К_дин=150;

I_1ном- номинальный первичный ток, трансформаторов тока, А.

Термическая стойкость при КЗ:

(2.45)

где К_t- кратность термической устойчивости, приводится в каталогах, К_t=65;

t_пр- приведенное время КЗ (см. формулу 2.43),t_пр=0,805 с;

I_∞- действующее значение, периодической составляющей тока КЗ, А.

Трансформаторы напряжения, для питания электроизмерительных приборов и реле, выбирают: по номинальному напряжению первичной обмотки, классу точности, схеме соединения обмоток и конструктивному выполнению. Результаты выбора представлены в табл.2.11.

Таблица 2.11

Выбор трансформаторов напряжения

Место установки	Тип трансформатора	Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
ОРУ-35 кВ	ЗНОМ-35-65	Uном≥Uс	35 кВ	кВ S= 600 ВА
ЗРУ-6 кВ “Куст 251”	НОМ-6	Uном≥Uс	6 кВ	6 кВ S= 200 ВА
ЗРУ-6 кВ “ПлНС-2”	НОМ-6	Uном≥Uс	6 кВ	6 кВ S= 200 ВА
ЗРУ-6 кВ “КНС-4”	НОМ-6	Uном≥Uс	6 кВ	6 кВ S= 200 ВА
ЗРУ-6 кВ “ПНС-1А”	НОМ-6	Uном≥Uс	6 кВ	6 кВ S= 200 ВА

2.7.4.Выбор предохранителей

Защиту плавкими предохранителями обеспечим трансформаторам напряжения. Для их защиты выберем предохранители типа ПКТН-10 и ПКТН-35У1 [5], технические данные которых представлены в табл.2.12 и табл.2.13.

Таблица 2.12

Параметры предохранителя ПКТН-10

Параметры	Значения
Номинальное напряжение, кВ	10
Номинальный ток патрона, А	8
Номинальный ток отключения, кА	13,5
Наибольшая отключаемая мощность, кВА	200 000
Номинальный ток плавкой вставки, кА	3,2
Номинальный ток предохранителя, А	32

Таблица 2.13

Параметры предохранителя ПКТН-35У1

Параметры	Значения
Номинальное напряжение, кВ	35
Номинальный ток патрона, А	20
Номинальный ток отключения, кА	27
Наибольшая отключаемая мощность, кВА	250 000
Номинальный ток плавкой вставки, кА	4
Номинальный ток предохранителя, А	46

2.7.5.Выбор разрядников и ОПН

На стороне напряжения 35 кВ применим вентильные разрядники типа РВМ-35, а на стороне напряжения 6 кВ - РВО-6.

В ЗРУ для защиты изоляции от коммутационных пере напряжений применим ограничители перенапряжений ОПН-10.

2.7.6.Выбор разъединителей

Произведем выбор разъединителей внутренней и наружной установки [5]. Проверка на электродинамическую и термическую стойкость выполнена аналогично с п.2.7.1, результаты выбора представлены в табл.2.14.

Таблица 2.14

Выбор разъединителей

Место установки	Тип разъединителя	Условия выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
Наружная установка	РНД-35/630	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном iуд ≤ iдин Вк ≤	35 кВ 84,5÷120,9 А 11,83÷12,5 кА 24,5÷28,25 кА^2с	35 кВ 630 А 64 кА 1600 кА^2с
Внутренняя установка	РВО-6/1000	Uc ≤ Uном Iрасч ≤ Iном iуд ≤ iдин Вк ≤	6 кВ 122,4÷705,4 А 16,6÷33,52 кА 71,3÷1264 кА^2с	6 кВ 1000 А 120 кА 6400 кА^2с