Расчет и выбор аппаратуры подстанции

Выбор электрооборудования и токоведущих частей

Выбор токоведущих частей

1. Рассчитываем тепловые импульсы для характерных точек схемы.

В_К=I_К ²*(t_ОТКЛ+Т_А)

В_К - тепловой импульс.

I_К - максимальный ток короткого замыкания.

t_ОТКЛ- время отключения выключателя.

Т_А- время апериодической составляющей 0,05 с.

Для 110 кВ. В_{К 1} = 2,976 ²*(2+0,05) = 18,156 кА ²с

Для 35 кВ. В_{К 2} = 4²*(0,5+0,05) = 8,8 кА ²с

Для 10 кВ В_{К 3} = 12,759 ²*(0,5+0,05) = 89,536 кА ²с

Для 35 кВ. В_{К 4} = 4²*(1,5+0,05) = 24,8 кА ²с

Для 10 кВ. В_{К 6} = 12,759²*(1,5+0,05) = 232,927 кА ²с

2. Выбор шин и токоведущих частей производят, исходя из максимального рабочего тока, текущего по элементам схемы, и экономической плотности тока по таблицам.

3. Определяем величину тока, текущего по обмоткам силового трансформатора.

S_НТР - номинальная мощность трансформатора. 20000 кВА

К_ПЕР - коэффициент перегрузки равен 1,4.

U_Н - номинальное напряжение по паспорту.

Ввод 110 кВ.

I₁ =1,4*20000/(1,732*115)=140,572 А

4. Рассчитываем ток на сборных шинах.

I_РmaxШ - максимальный рабочий кок на сборных шинах.

К_РН- коэффициент распределения нагрузки на сборных шинах равен 0,67.

Шины 35 кВ.

I_{РmaxШ 35} =2*(1600+5850+3300)*1,4*0,67/(1,732*37)=314,687 А

Шины 10 кВ.

I_{РmaxШ 10} = 2*(4060+3630)*1,4*0,67/(1,732*10,5)=757,191 А

5. Рассчитываем токи для отходящих потребителей.

Соsц- коэффициент мощности потребителей.

Завод строительных материалов.

I_Рmax =1600*1,4/(1,732*35*0,93)=39,732А

Химический завод.

I_Рmax =5850*1,4/(1,32*35*0,93)=145,267 А

Машиностроительный завод.

I_Рmax =3300*1,4/(1,732*35*0,93)=81,946 А

Цементная промышленность.

I_Рmax = 4060*1,4/(1,732*10*0,93)=352,867 А

Городская нагрузка.

I_Рmax =3630*1,4/(1,732*10*0,94)=312,138 А

6. Выбор токоведущих частей производится в соответствие с ПУЭ. Результаты сводим в таблицу.

Проверка токоведущих частей на термическую стойкость.

q_тин - минимально- допустимое сечение токоведущих частей в условиях термической стойкости.

С- коэффициент учитывающий материал токоведущих частей.С=90 для Al

q_{min 1} = 4,26*10 ³/90 = 47,344 мм ²

q_{min 2} = 2,966*10 ³/90 = 32,96 мм ²

q_{min 3} = 9,462*10 ³/90 = 105,137 мм ²

q_{min 4} = 4,98*10 ³/90 = 55,333 мм ²

q_{min 5} = 15,885*10 ³/90 = 176,498 мм ²

Таблица №1. Выбор токоведущих частей для различных участков подстанции

Наименование присоединения	IРmaxА	Материал и сечение токоведущих частей	Допустимо- длительный ток, А	qтин мм ^2
Ввод в РУ 110 кВ	140,57	А 50		47,34
Ввод в РУ 35 кВ	314,69	А 95		55,33
Ввод в РУ 10 кВ	757,19	А 400		105,14
шины 110 кВ	140,57	А 20*3		47,34
шины 35 кВ	314,69	А 30*4		32,93
шины 10 кВ	757,19	А 60*6		176,5

Выбор выключателей

При выборе выключателя их паспортные данные сравнивают с расчётными условиями работы на подстанции:

1. По номинальному напряжению U_н U_р

2. По номинальному длительному току I_н I_p.max

3. По отключающей способности выключателя I_н,откл I_к

4. По термической стойкости I_T^{2 *}t_T В_К

t_T - время термической стойкости.

I_T - ток термической стойкости.

5. По электродинамической стойкости или по предельному периодическому

току I_пр.с? i_у

I_прс - эффективное значение периодической составляющей предельного сквозного тока К.З. по каталогу, кА

Таблица №2. Выбор выключателей производится согласно приведённым выше условиям.

Наименование присоединения	Тип выкл-ля	Тип привода	Соотношение паспортных и расчетных данных
						кА^2 с		IпрсIк, кА
Секционный выключатель	МКП-110Б-630-20У1	ШПЭ-39		140,57	2,976	18,16	7,58	2,976
Ввод в РУ 110 кВ	МКП-110Б-630-20У1	ШПЭ-39		140,57	2,976	18,16	7,58	2,976
Ввод в РУ 35 кВ	ВТД-35-800-12,5У1	ПЭ-11		314,69	12,5	24,8	12,5 10,2
Секционный выключатель	ВТД-35-800-12,5У1	ПЭ-11		314,69	12,5	24,8	12,5 10,2
Ввод в РУ 10 кВ	ВМПЭ-10-1000-20У3	Встроенный эл. магнит		757,19	12,759	252,3		12,759
Секционный выключатель	ВМПЭ-10-1000-20У3	Встроенный эл. магнит		757,19	12,759	252,3		12,759
№1	С-35М-630-10-У1	ШПЭ-12				28,8
№2	С-35М-630-10-У1	ШПЭ-12				28,8
№3	С-35М-630-10-У1	ШПЭ-12				28,8
№4	ВПМ-10-20/650-10У2	ПЭ-10				89,536		12,759
№5	ВПМ-10-20/650-10У2	ПЭ-10				89,536		12,759

Выбор разъединителей

Выбираем по тем же условиям и формулам, что и выключатели. Отличие состоит только в том, что их нет необходимости проверять по предельно отключаемому току, поскольку разъединитель не производит операцию отключений токов короткого замыкания и токов нагрузки.

Таблица №3. Выбор разъединителей согласно приведённым выше условиям.

Наименование присоединения	Тип разъединителя	Тип привода	Соотношение паспортных и расчетных данных
Ввод в РУ 110 кВ	РНД(З)-110/630	РПН-110М		630, 140,57	18,156	7,58
Секционный разъединитель	РНД(З)-110/630	РПН-110М		630, 140,57	18,156	7,58
Ввод в РУ 35 кВ	РНД(З)-35/1000	ПРН-110М		314,687	24,8
Секционный разъединитель	РНД(З)-35/1000	ПРН-110М		314,687	24,8
Ввод в РУ 10 кВ	РВ0-10/1000	ПР-3		757,191	252,327
Секционный разъединитель	РВ0-10/1000	ПР-3		757,191	252,327
Потребители 35 кВ
№1	РНД(З)-35/1000	ПРН-110М			24,8
№2	РНД(З)-35/1000	ПРН-110М			24,8
№3	РНД(З)-35/1000	ПРН-110М			24,8
Потребители 10 кВ
№4	РВ0-10/630	ПР-3			89,536
№5	РВ0-10/630	ПР-3			89,536

Выбор разрядников

Выбираем разрядники РВС-110 для 110 кВ, РВС-35 для 35 кВ и РВП-10 для 10 кВ. Для защиты нуля силового трансформатора с заземленной нейтралью выбираем разрядник РВС-20+РВС-15.

Выбор трансформаторов тока

Выбор трансформаторов тока производится по следующим условиям:

1. По номинальному напряжению U_н ?U_р

2. По номинальному току I_1Н ?I_p.max

3. По электродинамической стойкости (мгновенное значение)

I_1Н - номинальный ток первичной обмотки трансформатора тока, его значение должно быть как можно ближе к значению I_p.max, т.к. нагрузка первичной обмотки приводит к увеличению погрешности измерения

К_Д - кратность электродинамической стойкости по каталогу.

4. По термической стойкости

К_Т - кратность термической стойкости по каталогу

По нагрузки вторичных цепей Z_2H? Z_P.

Z_2Н - номинальная допустимая нагрузка вторичной обмотки ТТ

Z₂ - расчетная вторичная нагрузка

Таблица 4: Выбор трансформаторов тока согласно приведенным выше условиям.

Наименование присоединения	Тип трансформатора	Соотношение паспортных и расчётных данных	Номинальная нагрузка Т при классе точности 0,5	Коэффициент стойкости	Проверка на стойкость
						термич.	динамич.
					КТ tТ	КД
Ввод в РУ 110 кВ	ТФЗМ -110А		140,5	1,2			379,688? 25,72	31,82? 7,589
Секционный	ТФЗМ -110А		140,5	1,2			379,688? 25,72	31,82? 7,589
Ввод в РУ 35 кВ	ТФЗМ -35А		314,687				676? 89,536	84,852? 10,2
Секционный	ТФЗМ -35А		314,687				676? 89,536	84,852? 10,2
Ввод в РУ 10 кВ	ТПОЛА-10			0,6			8112? 252,327	181,02? 32,536
Секционный	ТПОЛА-10			0,6			8112? 252,327	181,02? 32,536
№1	ТФЗМ -35А			1,2			20,7? 18,156	14,849? 10,2
№2	ТФЗМ -35А			1,2			95,065? 28,29	31,819? 10,2
№3	ТФЗМ -35А			1,2			95,065? 89,536	31,819? 10,2
№4	ТПЛ-10			0,6			4563? 24,8	90,509?32,536
№5	ТПЛ-10			0,6			4563? 252,327	135,764? 32,536

Если фидер 10 кВ расстояние от трансформаторов тока до цепей учета, то есть длина соединительных проводов равна 5 м, если фидер 35 кВ находится вне помещений, то длина соединительных проводов - 40 м.

l_РАС =v3*5 = 8,65 м

l_РАС - расчетная длина соединительного провода, зависит от схемы соединения трансформаторов тока с приборами и кол-ва ТТ

Сопротивление соединительных проводов.

р - удельное сопротивление материала провода 0,028 ^*10 ^-6

q_пр - 4^*10 ^-6 мм.

R_ПР = 0,028^*10 ^-6 * 8,65 / 4^*10 ^-6= 0,06 Ом

Нагрузка присоединенная ко вторичной обмотки класса 0,5.

R₂ = R_ПР + R_А + R_CR + R_CQ + R_КОНТ

R₂ =0,061+0,02+0,1+0,1+0,05 = 0,33 Ом

Z_2Н >Z_Р

0,4 > 0,33

Проверка трансформаторов тока на соответствие классу точности выполняется для обмотки с классом 0,5 одного из присоединений районных потребителей согласно схеме. Фидер 10 кВ

Выбор измерительных трансформаторов напряжения

1. По номинальному напряжению U_Н?U_РАСЧ.

2. По вторичной нагрузке трансформатора напряжения S_2Н ? S_2РАСЧ .

S_2Н - номинальная мощность трансформатора напряжения в выбранном классе

S_2РАСЧ - мощность всех приборов и реле, подключенных к обмотке трансформатора напряжения.

НКФ-220-58 Для 110 кВ

НОМ-35-66 Для 35 кВ

НТМ-10 Для 10 кВ

Расчет мощности установленных счетчиков и реле с учетом потерь в контактах и приборов.

S_РАСЧ = S_A+S_КОНТ +S_ПР +S_СЧ

S_A - мощность амперметров.

S_КОНТ - мощность контактов.

S_ПР - мощность приборов.

S_СЧ - мощность счётчиков.

Находим мощность приборов.

S_СЧ =S_АК +S_РЕАК

S_АК -мощность активного счетчика.

S_РЕАК - мощность реактивного счетчика.

I_2H - номинальный ток, равный 5 А.

с - удельное сопротивление материала провода, равное 2,83^*10^-8

S_ПР =1,53 В*А

S_РАСЧ =1,5+2,5+1,53+5=9,53 В*А

Прибор	Тип	Число катушек напряжения в приборе, шт.	Число приборов, шт.	Потребляемая мощность первой катушки	Cosцприб	Sinцприб	Общая потребляемая мощность
Счётчик активной энергии	САЗУ				0,38	0,93	15,2 Вт	37,2 Вт
Счётчик реактивной энергии	СР4У				0,38	0,93	22,8	55,8
Вольтметр	Э378			2,0			2,0	-
Реле напряжения	РН -54			1,0			3,0	-
	ИТОГО:

УР_ПРИБ = УР_{ПРИБ 1} + УР_{ПРИБ 2} + УР_{ПРИБ 3} + УР_{ПРИБ 4} =43 Вт

УQ_ПРИБ = УQ_{ПРИБ 1} + УQ_{ПРИБ 2} + УQ_{ПРИБ 3} + УQ_{ПРИБ 4} =93 вар

S_2Р =102,5 В*А

S_2Н? S_2Р

120 > 102,5

Трансформатор напряжения НТМИ- 10.

Расчет и выбор релейной защиты

Защита понижающих трансформаторов:

Продольная дифференциальная защита без выдержки времени, защищает трансформатор от коротких замыканий в обмотках и на выводах трансформатора в зоне между трансформатором тока с низкой, высокой и средней обмотках.

Газовая защита от внутренних повреждений в баке трансформатора и устройстве РПН (регулирование под нагрузкой).

Максимальная токовая защита с выдержкой времени, защищает от внешних коротких замыканий, в трехфазном трехлинейном исполнение.

Максимальная защита, от перегруза трансформатора с выдержкой времени и действием на сигнал в однофазном исполнение.

Расчет максимальной токовой защиты силового трансформатора.

Определяем ток срабатывания защиты МТЗ.

Iн = Sн/v3*Uн

I_Н - номинальный ток высоковольтной обмотки трансформатора.

Uн - номинальное напряжение обмотки, где определяется ток

I_{Н 110} =20000/v3*115 = 100,5 А

I_{Н 35} =20000/v3*38,5 = 298,5 А

I_{Н 10} =20000/v3*11 = 1053 А

I_МТЗ = 4* I_НТР

I_МТЗ = 4*100,5 = 402 А Для 110 кВ

I_МТЗ = 4*298,5 = 1194 А Для 35 кВ.

I_МТЗ = 4*1053 = 4212 А Для 10 кВ.

Определяем токи уставки срабатывания реле.

К_В - коэффициент возврата, равный 0,85.

К_СХ - коэффициент, учитывающий во сколько раз ток в реле отличается от тока в обмотке трансформатора тока, равный v3

К_I - коэффициент трансформации трансформатора тока.

К_{I 1} =200/5=40

К_{I 2} =600/5=120

К_{I 3} =1500/5=300

I_{УСР 1} =20,4 А Для 110 кВ

Определяем коэффициент чувствительности.

I_Кmin ⁽²⁾- минимальный ток короткого замыкания за трансформатором 2-х фазный.

п_ТР =U₁ /U₂

п_{ТР 35} =115/38,5=3

п_{ТР 10} =115/11=10,45

I_Кmin ⁽²⁾=0,87 * I_Кmin

I_Кmin ⁽²⁾=0,87*857=745,59 АI_Кmin = 857 А Для 35 кВ

I_Кmin ⁽²⁾=0,87*4533=3943,7 АI_Кmin = 4533 А Для 10 кВ

К_Ч =745,59/3*402=0,6 Для 35 кВ

К_Ч =3943,7/10,45*402=0,94 Для 10 кВ

К_Ч <1,5 вводим блокировку по напряжению.

Определяем ток срабатывания защиты, исходя из необходимого коэффициента чувствительности.

I_СЗ = I_Кmin ⁽²⁾/ К_Ч * п_ТР

I_СЗ =745,59/1,5*3 = 165,69 А Для 35 кВ

I_СЗ =3943,7/1,5*10,45 = 251,59 А Для 10 кВ

Iср = Iсз*Ксх/Кi*Кв

Iср = 165,59 * v3/0,85*40 = 8,43 А

Выбираем реле: РТ-40/20

Расчет защит отходящих фидеров.

Определяем ток срабатывания защиты.

I_СЗ = К_Н * К_СЗ * I_Ртах

К_Н - коэффициент надежности, равен 1,2

К_СЗ - коэффициент самозапуска, учитывающий увеличение нагрузки при самозапуске двигателей, равен 2,5

Завод строительных материалов

I_СЗ =1,2*2,5*67,8 = 203,4 А

Химический завод

I_СЗ =1,2*2,5*143,93 = 431,79 А

Машиностроительный завод

I_СЗ =1,2*2,5*299,03 = 897,09 А

Цементная прмышленность

I_СЗ =1,2*2,5*211,11 = 633,33 А

Городская нагрузка

I_СЗ =1,2*2,5*61,705 = 185,115 А

Определяем ток уставки срабатывания реле для отходящих фидеров.

Завод строительных материалов

К_I =100/5=20

I_УСР = 203,4*1/0,85*20 = 11,96 А

Химический завод

К_I =200/5=40

I_УСР = 431,79 *1/0,85*40 = 12,69 А

Машиностроительный завод

К_I =300/5=60

I_УСР = 897,09 *1/0,85*60 = 17,59 А

Цементная промышленность

К_I =300/5=60

I_УСР = 633,33 *1/0,85*60 = 12,42 А

Городская нагрузка

К_I =300/5=60

I_УСР = 185,115 *1/0,85*60 = 3,62 А

По полученному значению I_УСР выбираем реле типа

Место установки	IУСР А	Тип реле
Завод строительных материалов	11,96	РТ-40/20
Химический завод	12,69	РТ-40/20
Машиностроительный завод	17,59	РТ-40/20
Цементная прмышленность	12,42	РТ-40/20
Городская нагрузка	3,62	РТ-40/6

Дата добавления: 2014-11-06