Выбор выключателей для цепей 110 кВ.

1. Определяем цепь, в которой существует наиболее тяжелый продолжительный режим по току (этот ток примем за I_расч):

- для цепей с трансформаторами связи утяжеленным режимом является режим вынужденного отключения одного трансформатора, когда второй трансформатор принимает всю мощность перетока. При этом расчет ведется по графику перетока с большим максимумом. Согласно данным табл. 3.4 и 3.5, наибольший максимум мощности перетока приходится на ремонтный
режим (71,6 МВА), поэтому

кА;

- для линий, связывающих ТЭЦ с системами, утяжеленным считаем режим вынужденного отключения одной цепи. Ток этого режима определяется по максимуму графика обменной мощности. Согласно данным табл. 3.4, 3.5, 3.6, наибольший максимум обменной мощности приходится на нормальный режим (232,38 МВА), поэтому

кА;

- блок "генератор-трансформатор" коммутируется на стороне 110 кВ и для него утяжеленным режимом является допустимая для генератора 5-процентная перегрузка

кА.

Таким образом, среди всех цепей I зоны наиболее тяжелый токовый режим приходится на блок. Поэтому выбор выключателей ОРУ ведем по расчетному току

I_рас=1,30 кА.

2. Намечаем для установки в схему выключатель по следующим условиям:

По этим условиям подходит элегазовый выключатель для наружной установки типа ВЭК-110-40/2000У1 со следующими номинальными параметрами:

U_HOM = 110 кВ - номинальное напряжение;

I_НОМ = 2,0 кА - номинальный ток;

I_{отк.ном} = 40 кА - номинальный ток отключения;

β_ном ⁼ 40 % - нормированное содержание апериодической составляющей;

I_дин = 40 кА - предельный сквозной ток (действующее значение);

i_max/дин = 102 кА - предельный сквозной ток (наибольший пик);

I_дин = 40 кА - номинальный ток включения (действующее значение);

i _max.дин = 102 кА - номинальный ток включения (наибольший пик);

I_т.ном = 50 / 3 - номинальный ток термической стойкости / допустимое вре­мя его действия, кА/с;

t_соб ⁼ 0,04 с - собственное время отключения;

t_B = 0,065 с - время отключения (полное).

Вспомогательные расчеты для проверки выключателя(табл. 3.15,3.16)

1. Проверка выключателя по отключающей способности проводится по условиям

, ,

для чего требуется определить значения токов короткого замыкания I_пτ и i_aτ в момент расхождения контактов выключателя

с.

Периодическая составляющая тока определяется по методу типовых кривых [12] следующим образом:

- для каждого источника определяется его электрическая удаленность от точки КЗ

,

где - номинальный ток источника, приведенный к напряжению точки КЗ;

- по типовым кривым определяется коэффициент (τ) и вычисляется периодическая составляющая тока КЗ по формуле

;

- вычисляется апериодическая составляющая тока КЗ

,

где Т_а - постоянная времени затухания апериодического тока определяется приближенно для данного источника по справочникам;

- по значениям суммарных токов вычисляется расчетное содержание апериодического тока в токе отключения

;

- полный ток в момент времени τ

кА;

- полный номинальный ток отключения

кА.

3. Для проверки выключателя на термическую стойкость требуется рассчитать импульс квадратичного тока КЗ за полное время его действия

с.

Тепловой импульс от тока КЗ определим по формуле .

Таблица 3.15

Результаты вспомогательных расчетов

Таблица 3,16

Данные выбора выключателя ВЭК-110-40/2000У1

Расчетные параметры системы	Каталожные данные выключателя	Условия выбора	Результат проверки
Uуст=110 кВ	Uном=110 кВ	Uуст Uном	удовл.
Iрас=1,297 кА	Iном=2,0 кА	Iрас Iном	удовл.
Iпt=17,659 кА	Iотк.ном=40 кА	Iпt Iотк.ном	удовл.
bрас=45,229% it=37,270 кА	bном=36% iпол.отк=76,933 кА	bрас bном it iпол.отк	не удовл. удовл.
Iп0=18,092 кА	Iдин=40 кА	Iп0 Iдин	удовл.
iу=32,205 кА	imax.дин=102 кА	iу imax.дин	удовл.
Bk=520,557 кА2·с	I2т.ном·tТ=37500 кА2·с	Bk I2т.ном·tТ	удовл.

Вывод: выключатель типа ВЭК-110-40/2000У1 проходит по всем условиям выбора и принимается к установке на всех присоединениях и на межсекционных связях ОРУ

Выбор выключателей в цепях генераторного напряжения (II зона).В эту зону входят все выключатели ГРУ-10 кВ.

1. Определяем расчетный ток длительного режима:

- для цепей с трансформаторами связи утяжеленный режим будет при отключении одного трансформатора. Но поскольку выбранные трансформаторы имеют расщепленные обмотки, наибольший ток цепи

кА;

- для цепей с генераторами утяжеленный режим определяется для цепи самого мощного генератора, подключенного к шинам ГРУ, с учетом его допустимой 5-процентной перегрузки

кА;

За расчетный ток длительного режима принимаем I_расч = 4,55 кА .

3. Намечаем для установки в схему выключатель по следующим условиям:

4.

По этим условиям подходит выключатель, предназначенный для внутренней установки типа МГУ-20-90/6300У3 со следующими номинальными параметрами:

U_ном = 20 кВ - номинальное напряжение;

I_ном = 6,3 кА - номинальный ток;

I_{отк.ном} = 90 кА - номинальный ток отключения;

b_ном ⁼ 20 % - нормированное содержание апериодической составляющей;

I_дин ⁼ 105 кА - предельный сквозной ток (действующее значение);

i_max.дин = 300 кА - предельный сквозной ток (наибольший пик);

I_дин = 60 кА - номинальный ток включения (действующее значение);

i_max.дин = 150 кА - номинальный ток включения (наибольший пик);

I_т.ном = 90/4 - номинальный ток термической стойкости/допустимое вре­мя его действия, кА/с;

t_соб = 0,15 с - собственное время отключения;

t_в = 0,20 с - время отключения (полное).

Поскольку полный алгоритм выбора и проверки выключателя показан на примере выключателей для ОРУ 110 кВ, то предлагаем читателю самостоятельно решить вопрос о возможности применения выключателя МГУ-20-90/6300У3.

Выбор разъединителей. Расчетные условия выбора разъединителей и выключателей совпадают.

Поэтому для цепей с напряжением 110 кВ намечаем к установке разъединитель наружной установки двухколонковый с заземляющими ножами РНДЗ-1-110/2000 У1 (табл. 3.17).

Таблица 3,17

Результаты выбора разъединителей РНДЗ-1-110/2000У1

Расчетные параметры цепи	Каталожные данные разъединителя	Условие выбора	Результат проверки
Uуст=110 кВ	Uном=110 кВ	Uуст Uном	удовл.
Iрас=1,297 кА	Iном=2,0 кА	Iрас Iном	удовл.
iу=32,205 кА	iдин=100 кА	iу iдин	удовл.
Bк=520,557 кА2·с	I2т.ном·tт=4800 кА2·с	Bk I2т.ном·tТ	удовл.

Для цепей с напряжением 10 кВ выбираем разъединитель внутренней установки, рубящий с заземляющими ножами РВРЗ-1-20/6300У3 (табл. 3.18).

Таблица 3.18

Результаты выбора разъединителей РВРЗ-1-20/6300У3

Расчетные параметры цепи	Каталожные данные разъединителя	Условие выбора	Результат проверки
Uуст=10 кВ	Uном=20 кВ	Uуст Uном	удовл.
Iрасч=4,547 кА	Iном=6,3 кА	Iрас Iном	удовл.
iу=226,762 кА	iдин=260 кА	iу iдин	удовл.
Bк=7558,125 кА2·с	I2т.ном·tт=40000 кА2·с	Bk I2т.ном·tТ	удовл.

Проверка секционных реакторов (табл. 3.19). Секционные реакторы предварительно выбраны перед расчетом токов КЗ. Поэтому остается их проверить на электродинамическую и термическую стойкость.

Для проверки реактора на термическую стойкость расчет теплового импульса от тока КЗ сделаем по формуле

,

при времени действия тока КЗ, определяемого релейной защитой генератора ГРУ (4,0 с) и временем отключения выключателя МГУ-20-90/6300УЗ, равным 0,2 с:

t_отк=t_рз+t_в=4,0+0,20=4,20 с.

Таблица 3,19

Результаты проверки секционного реактора

Расчетные параметры цепи	Каталожные данные разъединителя	Условие выбора	Результат проверки
Uуст=10 кВ	Uном=10 кВ	Uуст Uном	удовл.
Iрасч=2,160 кА	Iном=2,5 кА	Iрас Iном	удовл.
iу=49,392 кА	iдин=60 кА	iу iдин	удовл.
Bк=1423,397 кА2·с	I2т.ном·tт=4448 кА2·с	Bk I2т.ном·tТ	удовл.

Шинная конструкция сборных шин ГРУ. Сборные шины ГРУ-10 кВ выполняем жесткими шинам, установленными на опорных изоляторах. Такая шинная конструкция будет обладать электродинамической стойкостью при соблюдении условий:

s_расч s_доп (для шин), F_расч F_доп (для изоляторов),

то есть расчетное механическое напряжение в материале шины и расчетная механическая нагрузка на изоляторы должны быть меньше допустимых.

Кроме того, шина должна удовлетворять условиям термической стойкости.

Выбор шин. Так как это сборные шины, выбор делаем только по допустимому длительному току.

Расчетный ток определяется величиной максимальной мощности, которая может появиться на данных шинах. Поскольку к каждой секции ГРУ подключены одинаковые генераторы мощностью по 78,75 МВА, то наибольшая концентрация мощности на шинах возможна при 5-процентной перегрузке генератора. Ток генератора в этом режиме принимаем за расчетный:

I_расч=1,05·4,33=4,55 кА.

Выбираем алюминиевые шины коробчатого сечения (рис. 3.19) с допустимым током I_доп = 4,64 кА со следующими характеристиками:

- материал шины – алюминиевый сплав АДЗ31Т;

- допустимое механическое напряжение сплава s_доп=89 МПа;

- расположение шин горизонтальное;

- соединение швеллеров жесткое (сваркой);

- момент сопротивления двух сращенных шин W_y0-y0=100·10^{-6 м3};

- момент инерции двух сращенных шин J_y0-y0=625·10^-8 м⁴;

- масса шины на один метр m=5,55 гк/м;

- расстояние между фазами а=0,8 м.

Размеры:

h=125 мм;

b=55 мм;

c=6.5 мм;

r=10 мм;

g=2740 мм².

Рис. 3.19

Максимальная сила, приходящаяся на единицу длины средней фаза при трехфазном КЗ:

Н/м,

где а = 0,8 м - расстояние между фазами; К_ф - коэффициент формы (К =1, так как выбран проводник корытного сечения с высотой сечения более 0,1 м); К_расп - коэффициент, зависящий от взаимного расположения проводников (К_расп = 1 при расположении в одной плоскости). При таком усилии расстояние между опорными изоляторами

м.

Задаем пролет между изоляторами L =1,8 м, что обеспечивает расчетное механическое напряжение в материале шины

МПа.

Частота собственных механических колебаний шины

Гц.

Вывод: выбранная шина удовлетворяет условиям динамической стойкости.

Проверка шины на термическую стойкость. Расчетное значение импульса квадратичного тока, действующего на сборных шинах: Вк = 8334,889 кА²с. Минимально допустимое сечение по условию термической устойчивости

мм².

Вывод: выбранная шина термически устойчива, так как ее сечение больше, минимально допустимого:

S_шины=2740 мм ²>S_min=976,826мм².

Выбор изоляторов. Максимальная нагрузка на изолятор определяется формулой

кН,

где К - коэффициент формы (К_ф. = 1 для корытных проводников); К_распр = 1 при горизонтальном расположении проводников.

Выбираем опорный изолятор ОФ-10-4250 с разрушающим усилием F_разр = 42,5 кН. Он удовлетворяет условию электродинамической стойкости, так как выполняется условие

F_доп=0,6·F_разр=0,6·42,5=25,5 кН>F_расч=20,03 кН.

Таким образом, данная шинная конструкция удовлетворяет всем условиям эксплуатации.

Выбор трансформаторов тока (ТТ).Произведем выбор ТТ в цепи генератора ГРУ. Выбор производится:

- по напряжению U_тт.ном U_уст;

- по току I_тт.ном I_уст;

- по конструкции и классу точности.

Расчетным током является форсированный режим работы генератора

I_расч=1,05·I_г.ном=1,05·4,33=4,55 кА.

Выбираем шинный трансформатор тока с литой изоляцией, предназначен­ный для внутренней установки типа ТШЛ-10-5000-0,5/10р. Сравнение расчетных и каталожных данных приведено в табл. 3.20.

Таблица 3.20

Расчетные данные	Каталожные данные	Условия выбора
Uуст=10 кВ	Uтт.ном=10 кВ	Uтт.ном Uуст
Iрасч=4,547 кА	Iтт.ном=5,0 кА	Iтт.ном Iуст
Вк=7558,125∙106 А2с	(кт·Iтт.ном)2·tт=(35·5)·3=91875·106 А2·с	Вк (кт·Iтт.ном)2·tт
Z2	Z2ном=1,2 Ом в классе точности 0,5	Z2 Z2ном

Расчет нагрузки вторичной цепи трансформатора. Перечень приборов, подключенных к ТТ, приведен в табл. 3.21, а их схема включения - на рис. 3.20.

Таблица 3,21

Рис. 3.20. Схема включения измерительных приборов генератора

Сопротивление вторичной нагрузки считаем по наиболее загруженной фазе А:

- сопротивление приборов

Ом;

- сопротивление соединительных проводов определяем из условия

r_приб+r_пров+r_конт z_2ном,

r_пров z_2ном-r_приб-r_конт=1,2-0,604-0,1 0,496 Ом,

где r_конт = 0,1 Ом - такое сопротивление контактов принимается при количестве приборов более трех (при меньшем числе r_конт = 0,05 Ом).

При использовании алюминиевого контрольного кабеля АКВРГ с минимально допустимым сечением 4 мм² его расчетная длина

м.

Выбор трансформатора напряжения (ТН)(табл. 3.22) Технические условия:

- место установки ТН - шины генератора ГРУ;

- наивысший класс точности приборов, подключаемых к ТН -1,0;

- в схеме трансформатора должен быть предусмотрен контроль изоляции.

Таблица 3.22

Для выполнения этих условий намечаем к установке пятистержневой, тре-хобмоточный трансформатор типа НТМИ-10-66УЗ со следующими параметрами:

- номинальные напряжения обмоток, В:

первичной................................................................ 10 000;

вторичной основной...................................................... 100;

вторичной дополнительной...................................... 100/3;

- номинальная мощность в классе точности 0,5, ВА....................... 120;

- схема соединения обмоток................................................ Y_o / Y_o / Δ - 0 .

Так как полная мощность нагрузки меньше номинальной в заданном клас­се точности:

S_нагр=85 ВА<S_тн.ном=120 ВА,

данный трансформатор удовлетворяет условиям выбора и принимается к установке.