3.3 Выбор разрядников на вн и нн

Разрядниками называют устройства, которые обеспечивают не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающего тока в течение времени меньшего, чем время действия релейной защиты. Разрядники выбираются по следующему условию:

Для защиты от атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудования неответственных подстанций небольшой мощности в сетях с любой системой заземления нейтралей при номинальном напряжении 10 кВ применяют облегчённые разрядники типа РВО-10У1 (разрядник вентильный, облегчённый, для работы в районах с умеренным климатом на открытом воздухе).

Для защиты от атмосферных перенапряжений подстанционного оборудования при номинальном напряжении 110 кВ применяют модернизированные разрядники типа РВС-110МУ1 (разрядник вентильный, станционный, модернизированный, для работы в районах с умеренным климатом на открытом воздухе).

(Л – 6 стр.364)

4 Выбор токоведущих частей

Основное электрооборудование электростанций и подстанций и электрические аппараты в их цепях (выключатели, разъединители, и т.д.) соединяются между собой проводниками разного типа, которые образуют токоведущие части электроустановок.

4.1 Выбор шин

В ЗРУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токах нагрузки. При токах до 3000 А применяют одно- и двухполосные шины. При больших расчётных токах от 3000 до 5000 А рекомендуются шины коробчатого сечения, т.к. при этом обеспечиваются наименьшие добавочные потери как от поверхностного эффекта, так и от эффекта близости при наилучших условиях охлаждения. Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам (ошиновка) 6-10 кВ крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Соединение шин по длине обычно выполняется сваркой. Различают следующее расположение шин:

а) горизонтальное;

б) вертикальное;

в) по вершинам треугольника.

Сборные шины по экономической плотности тока не выбираются, поэтому сечение шин выбирают по допустимому току.

,

где – допустимый ток на шинах выбранного сечения,

– расчётный ток, по которому выбраны аппараты в этом присоединении (максимальный ток ремонтного или послеаварийного режима), [кА];

, (4.1.1)

где – номинальная мощность трансформатора, [кВ·А];

– номинальное напряжение сети.

Проверка шин на термическую стойкость при коротком замыкании.

Проверка термической стойкости жёсткости шин сводится к определению допустимого по условиям нагрева токами короткого замыкания сечения и сопоставления его с выбранным.

,

где – допустимое сечение по условию нагрева токами короткого замыкания, [мм²];

– сечение выбранных шин, [мм²].

, (4.1.2)

где – расчётный тепловой импульс короткого замыкания, [кА²·с];

С – коэффициент, зависящий от вида и материала проводника. Принимается по таблице №10 (стр.72).

Проверка шин на механическую прочность.

Механический расчёт однополосных шин (прямоугольного сечения) при р асположении фаз в одной плоскости.

Максимальное расчётное напряжение в материале шин [МПа] определяется по следующей формуле:

, (4.1.3)

где – ударный ток трёхфазного короткого замыкания, [А];

– расстояние (пролёт) между осями изоляторов вдоль фазы, [м];

– расстояние между осями шин смежных фаз, [м]. Принимается не менее при расположении шин на ребро и не менее при расположении шин плашмя (при этом и должны быть выражены в метрах).

– момент сопротивления шин, [см³].

При расположении шин плашмя:

_{. (4.1.4)}

_{Размеры b и h берутся в сантиметрах.}

_{При расположении шин на ребро:}

_{. (4.1.5)}

_{Размеры b и h берутся в сантиметрах.}

Для обеспечения механической прочности шин при токах короткого замыкания расчётное напряжение в материале шин не должно превышать допустимого.

Шины механически прочны, если

,

где – допустимое механическое напряжение в материале шин, [МПа]. Принимается по таблице №9 (стр.44) в зависимости от материала шин.

Механический расчёт шин коробчатого сечения.

Для коробчатых шин суммарное механическое напряжение складывается из двух напряжений: от взаимодействия швеллеров одной фазы и от взаимодействия фаз :

; (4.1.6)

Шины коробчатого сечения обладают большим моментом инерции, поэтому расчёт производится без учёта колебательного процесса в технической конструкции.

Считается, что швеллеры шин соединены между собой по всей длине сварным швом.

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз определяется с учётом расположения шин.

Если шины расположены в горизонтальной плоскости

, (4.1.7)

где – ударный ток трёхфазного короткого замыкания, [А];

l – расстояние (пролёт) между осями изоляторов вдоль фазы, [м];

– расстояние между осями шин смежных фаз, [м]. Принимается для коробчатых шин не менее .

– момент сопротивления, [см³]. Берётся из справочника.

Если шины расположены в вертикальной плоскости

(4.1.8)

Если шины расположены в вершинах прямоугольного треугольника

(4.1.9)

Сила взаимодействия между швеллерами, составляющими шину коробчатого профиля (для всех случаев расположения) определяется:

(4.1.10)

Напряжение в материале и от действия силы определяется по формуле:

, (4.1.11)

где – расстояние между прокладками, [м].

Шины механически прочны, если

, (4.1.12)

где – допустимое механическое напряжение в материале шин, [МПа]. Принимается по таблице №9 (стр.44) в зависимости от материала шин.

Усилие между швеллерами значительно и может привести к их схлёстыванию. Чтобы предупредить это, между швеллерами через промежутки устанавливают прокладки.

Максимально допустимое расстояние между прокладками

(4.1.13)

Если условие выполняется, то в пролёте прокладок не требуется и принимается равным . В противном случае число прокладок определяется по формуле и округляется до целого числа.

(4.1.14)

определяется по формуле

(4.1.15)

(Л – 1 стр.264)

При токах до 3000 А применяют одно- и двухполосные шины.

l = 1,5 м.

Сборные шины по экономической плотности тока не выбираются, поэтому сечение шин выбирают по допустимому току.

,

где – допустимый ток на шинах выбранного сечения,

– расчётный ток, по которому выбраны аппараты в этом присоединении (максимальный ток ремонтного или послеаварийного режима), [кА].

; (4.1.1)

= 25000/ *10= 1443,41 А.

По справочнику принимаем алюминиевые шины поперечного сечения с = =2670 А, = 695 мм².

h = 75 мм; с = 5,5 мм; b = 35 мм;

Рисунок 4.1- сечение шины.

Проверка шин на механическую прочность

Шины механически прочны, если:

δрасч.≤ δдоп;

где δдоп – допустимое механическое напряжение в материале шин,(МПа).

А для алюминиевых шин δдоп = 70 МПа.

Для коробчатых шин суммарное механическое напряжение складывается из двух напряжений: от взаимодействия швеллеров одной фазы δп, и от взаимодействия фаз δф :

Если шины расположены в горизонтальном положении

где iy – ударный ток трёхфазного короткого замыкания, (А)

l - пролёт между осями изоляторов вдоль фазы,(м)

α – расстояние между осями шин смежных фаз,(м)

Wyo-yo - момент сопративления, (см³) Wyo-yo =58 см³

.α=0,13+0,1=023м

Сила взаимодействия между швеллерами, составляющими шину коробчатого профиля (для всех случаев расположения) определяется:

(4.1.10)

где iy – ударный ток трёхфазного короткого замыкания,

Н/м

Максимальное допустимое расстояние между прокладками

(4.1.13)

где – момент сопротивления одной полосы, [см³]. = 3,17 см³

lmax=√12(80 – 9,3)3,17/1,1= 10,1 м

l_{п max} = 3,17 >l = 1,5.

Следовательно в пролёте прокладок не требуется и принимается равным . l=1,5

Напряжение в материале и от действия силы определяется по формуле:

;

где – расстояние между прокладками, [м].

– момент сопротивления одной полосы, [см³].

δп =1,1 * 49,4²/12*3,17=70,5 МПа.

Шины механически прочны, если:

δрасч = 9,3 + 70,5=79,8 МПа

δрасч = 22,3 МПа < = 80 МПа;

Выбранные шины по механической прочности проходят.

Проверка шин на термическую стойкость при коротком замыкании.

Проверка термической стойкости жёсткости шин сводится к определению допустимого по условиям нагрева токами короткого замыкания сечения и сопоставления его с выбранным.

,

где – допустимое сечение по условию нагрева токами короткого замыкания, [мм²];

– сечение выбранных шин, [мм²].

, (4.1.2)

g_{min =} =373,8 мм²;

где – расчётный тепловой импульс короткого замыкания, [кА²·с];

С – коэффициент, зависящий от вида и материала проводника. Принимается по таблице №10 (стр.72).

А для алюминиевых шин С = 88 Ас/мм².

= 373.8 мм² .

= 373.8 мм² < = 695 мм².

Таким образом, выбранные шины термически устойчивы.

Составляем таблицу расчетных и каталожных данных.

Расчетные и каталожные данные. Таблица 4.1.1

Условие выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
IНОМ РАСЧ ≤ IДОП	IНОМ РАСЧ = 1445,08 А	IДОП = 2670 А
δРАСЧ ≤ δДОП	δРАСЧ = 79,8 МПа	δДОП = 80 МПа
gMIN ≤ gВЫБ	gMIN = 373,8 мм^2	gВЫБ = 695 мм^2

4.2 Выбор изоляторов

В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных, выбор которых производится по следующим условиям:

1. По напряжению: ,

где – номинальное напряжение сети на стороне НН, [кВ];

– номинальное напряжение изолятора, [кВ].

2. По допустимой нагрузке:

,

где – сила, действующая на изолятор, [Н];

– допустимая нагрузка на головку изолятора, [Н].

,

где – разрушающая нагрузка на изгиб, [кВ·А].

Расчётная сила при горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз, [Н]:

, (4.2.1)

где – ударный ток трёхфазного короткого замыкания, [А];

l – расстояние (пролёт) между осями изоляторов вдоль фазы, [м];

– расстояние между осями шин смежных фаз, [м];

–поправочный коэффициент на высоту шин.

При расположении прямоугольных шин на изоляторах на ребро

, (4.2.2)

где – высота изолятора, [м];

b, h – соответственно толіина и высота шин, [мм].

При расположении прямоугоьных шин на изоляторах плашмя

.

Для шин поперечного сечения

; (4.2.3)

где с, а – соответственно толщина и высота швеллера шин, [м].

Расчётная сила при расположении коробчатых шин в вершинах прямоугольного треугольника

; (4.2.4)

Проходные изоляторы выбираются:

1. По напряжению: ;

2. По номинальному току:

,

где – расчётный ток, по которому выбраны аппараты в этом присоединении, [А];

– номинальный ток изолятора, [А].

, (4.2.5)

где – номинальная мощность трансформатора, [кВ·А].

3. По допустимой нагрузке:

;

Допустимая нагрузка на головку изолятора, [Н]:

; (4.2.6)

Для проходных изоляторов при расположении шин в одной плоскости расчётная сила, [Н]:

; (4.2.7)

Для проходных изоляторов при расположении коробчатых шин в вершинах прямоугольного треугольника

; (4.2.8)

(Л – 1 стр.275)

Выбираем изолятор марки ОФ – 10 – 2000 – опорный фарфоровый изолятордля внутренней установки с U_НОМ = 10 кВ, Н_ИЗ = 210 мм, F_РАСЧ = 20 кН.

Определяем поправку на высоту коробчатых шин.

; (4.2.3)

= 1,18.

Расчётная сила при горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз, [Н]:

; (4.2.7)

F_РАСЧ = 679,04 Н < F_ДОП = 0,6 · 20000Н = 12000Н.

Поэтому изолятор марки ОФ – 10 – 2000кв проходит по механической прочности.

Составляем таблицу расчетных и каталожных данных.

Расчетные и каталожные данные. Таблица 4.2.1

Условие выбора	Расчетные данные	Каталожные данные
UC ≤ UНОМ	UC = 10 кВ	UНОМ = 10 кВ
FРАСЧ ≤ FДОП	FРАСЧ = 679,04к Н	FДОП =12000 кН

Проходные изоляторы выбираются:

1. По напряжению: ;

2. По номинальному току:

4.3 Выбор кабелей

Кабели широко применяются в электроустановках. Потребители 6-10 кВ, как правило, получают питание по кабельным линиям. Чтобы обеспечить пожарную безопасность в производственных помещениях ТЭС и АЭС рекомендуется применять кабели, у которых оболочка, изоляция и покровы выполнены из невоспламеняющихся материалов, например, из самозатухающего полиэтилена или поливинилхлоридного пластика.

Марки кабелей, рекомендуемые для прокладки в земле и в воздухе. Таблица 4.3.1

Область применения	С бумажной пропитанной изоляцией	С пластмассовой и резиновой изоляцией
В земле, со средней коррозийной активностью	ААШв, ААШп, ААПл	АПвБбШв, АВБбШв
В туннелях, каналах, производственных помещениях – сырых	ААШв, ААБлГ	АВВБГ, АВРБГ
– сухих	ААГ, ААШв, ААБвГ	АВВГ, АВРГ
– сырых с высокой коррозийной активностью	ААШв, ААБвГ	АВБбШв, АПАшв
– пожароопасных	ААГ, ААШв	АВВГ, АВРГ

(Л – 2 стр.250)

Марки кабелей приведены по ГОСТ 7.006-72.

Допустимые токи кабелей с пластмассовой изоляцией на напряжение 6-10 кВ принимаются такими же, как и кабелей с бумажной изоляцией.

Кабели выбираются:

1 По конструкции;

2 По напряжению: ,

где – напряжение сети на стороне низкого напряжения, [кВ];

– номинальное напряжение кабеля, [кВ].

3 По экономической плотности тока:

где – максимальный рабочий ток нормального режима без перегрузки, [А];

– экономическое сечение проводника (сечение, при котором обеспечиваются наименьшие приведённые затраты), [мм²];

– экономическая плотность тока, [А/мм²], которая зависит от продолжительности использования максимума нагрузки, вида изоляции и материала проводника. Принимается по таблице №8 (стр.44).

где – номинальная мощность трансформатора, [кВ·А];

– число присоединений на стороне низкого напряжения для одного трансформатора.

3. По допустимому току:

,

где – допустимый ток кабеля, [А].

Если условия прокладки кабелей отличаются от условий нормальной среды или в одной траншее проложено несколько параллельных кабелей, то условие примет вид:

,

где – поправочный коэффициент на число рядом проложенных в земле кабелей. Принимается по таблице №6 (стр.69);

– поправочный коэффициент на температуру. Этим коэффициентом можно пренебречь.

Выбранные по нормальному режиму кабели проверяются по следующим условиям:

1. По условию нагрева при работе с перегрузкой в послеаварийном режиме:

,

где К – допустимый коэффициент перегрузки кабеля в послеаварийном режиме;

;

– ток в кабеле в послеаварийном режиме, [А];

; (4.3.3)

2. По условию термической устойчивости при коротком замыкании:

,

где – допустимое сечение по условию нагрева токами короткого замыкания, [м];

, (4.3.4)

где – расчётный тепловой импульс короткого замыкания, [кА²·с];

С – коэффициент, зависящий от вида и материала проводника. Принимается по таблице №10 (стр.45).

(Л – 2 стр.249, Л – 1 стр.286)

Выбираем кабель на НН по следующим условиям:

1. Выбираем трехжильный кабель марки ААШВ с алюминиевой оболочкой, алюминиевыми жилами, шланговый с виниловой изоляцией, т.к. кабели данной марки получили наибольшее применение для прокладки в земле при напряжении до 10 кВ.

2. По напряжению: ,

где – напряжение сети на стороне низкого напряжения, [кВ];

– номинальное напряжение кабеля, [кВ].

Выбираем кабель марки ААШВ с U_НОМ = 10 кВ.

3. По экономической плотности тока:

;

где – экономическое сечение проводника (сечение, при котором обеспечиваются наименьшие приведённые затраты), [мм²];

– максимальный рабочий ток нормального режима без перегрузки, [А];

– экономическая плотность тока, [А/мм²].

Для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами при T_MAX выше 5000 часов (т.к. завод работает с равномерным графиком нагрузки) принимаем равным 1,6 А/мм².

, (4.3.2)

,

где – номинальная мощность трансформатора, [кВ·А];

n_лэп – число присоединений на стороне низкого напряжения для одного трансформатора.

, (4.3.1)

= 0,48/1,2 = 0,4 мм²

Принимаем два параллельно проложенных кабеля марки ААШВ 10(3x355) с

I_ДОП = 930 А.

4. По допустимому току

;

где – допустимый ток кабеля, [А].

Т.к. используется два параллельных кабеля, то условие примет вид:

где – поправочный коэффициент. Принимаем

= 0,9 К₂=1,3

480 < 3*930= 2790 А.

Выбранный кабель по данному условию подходит.

5. По условию нагрева при работе с перегрузкой в послеаварийном режиме:

,

где К – допустимый коэффициент перегрузки кабеля в послеаварийном режиме;

– ток в кабеле в послеаварийном режиме, [А];

; (4.3.3)

930 · 0,9 ∙ 1,3 = 1088,1 А > 0,96 А;

Выбранный кабель по данному условию проходит.Оконяательно принимаем кабель марки ААШВ 10(3*185)мм² _{=(3*310)930А}

6 По условию термической устойчивости при коротком замыкании:

,

где – допустимое сечение по условию нагрева токами короткого замыкания, [м];

,

где – расчётный тепловой импульс короткого замыкания, [кА²·с];

С – коэффициент, зависящий от вида и материала проводника.

Для кабелей 10 кВ с бумажной изоляцией и алюминиевыми сплошными

жилами С = 94 А∙с²/мм².

, (4.3.4)

мм²

=622,7 мм² < = 930 мм².

Выбранный кабель по данному условию проходит.

Окончательно принимаем два параллельно проложенных кабеля марки ААШВ 10(3x185) с I_ДОП = 930 А.

Условия выбора	Расчётный данные	Каталожные данные
К ∙ К1 ∙ К2 ∙ IДОП ≥ IПАР	К ∙ К1 ∙ К2 ∙ IДОП=1088,1 А	IПАР =960 А
g min ≤ gвыбр	g min =622,7мм²	gвыбр=930 мм^2

Релейная защита – это специальное устройство, которое состоит из реле и других аппаратов отключения повреждённой части установки или подающих сигнал о нарушении нормальной работы установки или сети. Назначением релейной защиты является выявление места возникновения короткого замыкания и быстрое автоматическое отключение выключателем повреждённого оборудования или участка сети от остальной части электроустановки или сети, а также выявление нарушения нормальных режимов работы оборудования и подача предупредительного сигнала обслуживающему персоналу или отключение оборудования с выдержкой времени.

К релейной защите предъявляются следующие требования:

1. Быстродействие.

2. Селективность (избирательность) – необходимость отключения только повреждённого участка установки. Избирательность определяется выдержкой времени действия защиты или током срабатывания.

3. Чувствительность.

4. Надёжность.