03_Выбор оборудования

Примем, 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 2АДО-606, 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-404.

Тогда qВ = 440 = 160 мм2, и qВ qmin . Проводники АДО-404 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 2АДО-10010 (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 2АДО-10010 (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 5А-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

где UУСТ

UН

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