Проектирование электрической части подстанции 330/110/10 кВ с установкой двух автотрансформаторов мощностью 200 МВА

Проверка по условию коронирования, для провода АС – 400/64 заведомо пройдет, т.к. по предыдущим расчетам по условию короны проходит АС – 185/29.

Выбор гибких токопроводов на стороне 10 кВ

Гибкие токопроводы для соединения трансформаторов с РУ 10 кВ выполняются пучком проводов, закрепленных по окружности в кольцах, обоймах.

Мощность, протекающая по шинам, равна:

S_нн= 94,5 МВА;

Тогда рабочий ток равен:

А;

Определяем расчетное (экономическое) сечение:

мм²

По таблице 7.35 [1] выбираем на одну фазу три несущих провода марки: 3хАС-400/64 и семь токоведущих марки А - 185.Длительно допустимый ток для пучка выбранных проводов равен  I_доп=860 ^.3+505 ^.7=6115 А и проверяем на ток аварийного режима (отключение одного трансформатора):

,кА

I_доп=6115 А > I_ав=5456 А

Условие выполняется.

5.2 Выбор жестких шин

В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. При токах до 3000 А применяются одно и двухполосные шины. Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам 6-10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого сечения крепятся на фарфоровых изоляторах. Выбор ошиновки производится по экономической плотности тока. Но по экономической плотности не выбираются сборные шины.

Выбранные шины проверяются:

-  по допустимому току из условий нагрева;

-  на термическую стойкость при воздействии токов КЗ;

-  на динамическую стойкость при КЗ (механический расчет);

1.  Выбранные шины должны удовлетворять условиям нагрева:

                                                  ,                                                      (5.7)

2.  Проверка на термическую стойкость:

                                                                                                                    (5.8)

где  Jк – температура шин при нагреве током КЗ;

Jкдоп – допустимая температура нагрева шин при КЗ;

3.  Проверка шин на электродинамическую стойкость:

В РУ с жесткими шинами, производится определение частоты собственных колебаний для алюминиевых шин:

                                                            ,                                                      (5.9)

где  L – длинна пролета между изоляторами, м;

J – момент инерции поперечного сечения шины;

q – поперечное сечение шины;

Шины механически прочны, если:

                                                    ,                                                      (5.10)

где  sрасч – напряжение в материале шины, МПА;

sдоп – допустимое механическое напряжение в материале шин;

Выбор сборных шин РУ 10 кВ

Сборные шины на 10 кВ по экономической плотности не выбираются.

В аварийном режиме, протекает ток:

;

Выбираем жесткие шины коробчатого сечения: сечением одной шины 1785мм².

Проверяем условие (5.7), Iдоп = 5650 А > Iпав, условие выполняется.

Проверяем по условию термической стойкости, формула (5.8):

J_к < J_к.доп;

где  J_к.доп - допустимая температура нагрева шины при КЗ ( для алюминиевых  шин по табл.3-11[4 стр.196 табл.3-11] J_к.доп=200°C );

J_к - температура шины при нагреве током КЗ, определяется в зависимости от

f_k по [4 стр.198 рис.3-46] ;

                                                  ;                                           (5.11)

где  k=1.054×10^-2,мм⁴×°С/(A²×с)×10^--2 - коэффициент, учитывающий удельное сопротивление и эффективную  теплоемкость  проводника по [4 стр.197 табл.3-12];

В_к - тепловой импульс КЗ, равен:

;

f_н – величина, характеризующая тепловое состояние  проводника к началу КЗ, определяется по [4 стр.198 рис.3-46] в зависимости от J_н:

                                          ;                          (5.12)

где  J_доп.дл. - длительно  допустимая  температура  проводника, равная 70 °С;

J_о - температура окружающей среды, принимаем 25 °С;

J_о.ном.  - номинальная температура окружающей среды, равная 25 °С (согласно ПУЭ);

I_max     - максимальный ток нагрузки;

I_доп.    - длительно допустимый ток проводника;

По формуле (5.12) определим Jн:

;

По [4 стр.198 рис.3-46] определяем fн = 55°С.

По формуле (5.11) определим f_k:

;

По [4 стр.198 рис.3-46] определяем  J_к  = 68°С.

Условие (5.8) выполняется, J_к = 68°С < J_к.доп = 200°С;

Проверяем по условию динамической стойкости, формула (5.9), (5.10):

Выразим из данной формулы длину между изоляторами, принимая частоту свободных колебаний более 200 Гц:

, где   - момент инерции [1 стр.398, табл.7.6];

 - сечение шины [1 стр.398, табл.7.6].

;

Принимаем длину между изоляторами L = 0,7 м.

Определяем напряжение в материале шины, возникающее при воздействии изгибающего момента, МПА:

;

где    - момент сопротивления, при горизонтальном расположении шин.

Условие (5.10) выполняется:

, где sдоп определяется по[4 стр. 233 табл. 4-3].

Окончательно принимаем алюминиевые шины коробчатого сечения, с сечением одной полосы 1785 мм².

Выбор изоляторов на сборных шинах РУ 10 кВ

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

1.  По номинальному напряжению:

Uуст < Uном;

2.  По допускаемой нагрузке:

Fрасч < Fдоп, где Fрасч – сила, действующая на изолятор, определяется по формуле:

                                                                                              (5.13)

Fдоп – допустимая нагрузка на головку изолятора, определяется по формуле:

                                                            ,                                            (5.14)

где Fразр – разрушающая нагрузка на изгиб.

Проходные изоляторы выбираются:

1.  По напряжению:

Uуст < Uном;

2.  По номинальному току:

        I_max < I_ном;

3.  По допустимой нагрузке:

Fрасч < Fдоп,

Для проходных изоляторов расчетная сила, Н:

                                                                                           (5.15)

Выбираем опорные изоляторы:

На напряжение 10 кВ по [2. Стр.282 табл.5-7], выбираем ИО – 10 – 7,5 У3.

Разрушающая нагрузка на изгиб Fразр = 7,5 кН, по формуле (5.14) определяем допустимую нагрузку:

;

Расчетную нагрузку определим по формуле (5.13):

;

Все проверки проходят.

Выбираем проходные изоляторы:

На напряжение 10 кВ по [2. Стр.288 табл.5-8], выбираем ИП – 10/3150 – 4250 У.

Разрушающая нагрузка на изгиб Fразр = 4,25 кН, по формуле (5.14) определяем допустимую нагрузку:

;

Расчетную нагрузку определим по формуле (5.15):

;

Все проверки проходят.

5.3  Выбор кабелей для ТСН

Нагрузка ТСН: S_расч= 368,528 кВА

А;

Определение экономического сечения кабеля:

мм²

где J_э – для кабелей с бумажной изоляцией и алюминиевыми жилами по

[4. стр.230 табл.4-1];

Выбираем стандартное сечение по [2. Стр.401 табл.7-10]: S_ст=16 мм²

Выбираем кабель: АСБ-3х16 с I_доп=95А.

Проверим с учетом прокладки в земле:

I^’_доп=95×1×1,05=99,75А.

Ток аварийного режима: I_max=2×I_норм=2×10,64=21,28А.

I_max < I^’_доп

Т.е. по условию нагрева максимальным током проходит, следовательно