Представление сопротивлений при расчете токов к.з.
В о.е.
Тип Т.П. и ее номер на рисунке 1.1
Транзитная, №2
Мощность к.з. на вводах опорных подстанций № 1 и 5, связывающих их с энергосистемой (в числителе SкзI , в знаменателе − SкзII), МВ·А
1600/1400
Число фидеров питающих КС
Число фидеров районных потребителей (числитель) и наибольшая мощность, передаваемая по одному фидеру (знаменатель), кВ·А
4/1650
Номинальная мощность установки поперечной емкости компенсации, кВар
Количество энергии, отпускаемой за год на тягу поездов, кВт·ч
130·106
Время действия релейных защит tз, с:
На вводах 110 кВ
1,7
На вводах 35 кВ
1.1
На вводах 27,5 кВ
На вводах 0.4кв
0,6
Данные для выбора аккумуляторной батареи напряжением 220 В :
Постоянный ток нагрузки, А
Временный ток нагрузки, А
Данные для расчета заземляющего устройства:
Площадь, занимаемая территорией Т.П. S, м2
Удельное сопротивление земли ρ, Ом·м
Рисунок 1. Схема присоединения подстанций к системе внешнего электро
Снабжения
2.ВЫБОР ЧИСЛА, ТИПА И МОЩНОСТИ АГРЕГАТОВ И
ТРАНСФОРМАТОРОВ
Выбор трансформатора собственных нужд.
где:
Ксн− коэффициент собственных нужд, равный 0,005;
Nтп − число понижающих трансформаторов на тяговой подстанции, 2;
Sнтп – номинальная мощность понижающего трансформатора;
Sаб – мощность устройств автоблокировки, 60 кВ·А;
Sмх – мощность передвижной базы масляного хозяйства 20,0 кВ·А.
Sсн=0,005.2.25000+60+20=330кВ.А
Выбираем ТСН ТМ – 400/35-75УI
2.1. Выбор пониженного трансформатора
На тяговых подстанциях переменного тока устанавливают трехобмоточные трансформаторы типа ТДТНЭ (Ж) – 25000 кВ*А или 40000кВ*А с первичным напряжением 220 или 110 кВ, имеющие обмотки для питания тяговой и районной нагрузки.
Расчетная мощность трехобмоточного трансформатора определяется по формуле:
Где Kp – коэффициент, учитывающий разновременность наступления максимумов тяговой и нетяговой нагрузок 0,95-0,98;
S27.5- наибольшая мощность на шинах 27,5 кВ, находится как сумма мощностей на тягу Sт, собственные нужды Sсн и ДПР Sдпр:
2.2. Выбор токоведущих частей и электрической аппаратуры
Токоведущие части и электрические аппараты выбираются по номинальным условиям длительного режима работы.
Общие условия выбора аппаратуры по длительному режиму заключается в сравнении рабочего напряжения и максимального рабочего тока с его номинальным напряжением и током.
Uраб ≤ Uном;
Iраб мах ≤ Iном.дп;
Где U раб – рабочее напряжение установки, кВ;
Uном – номинальное (каталожное) значение напряжения, кВ;
I раб.мах –рабочий ток в максимальном режиме, А;
Iном.дп – номинальный (каталожный) ток, А.
2.3. Определение максимальных рабочих токов
110 кВ:
35 кВ:
27,5 кВ:
0,4 кВ:
Максимальный рабочий ток шин понижающих трансформаторов:
Максимальный рабочий ток нетяговых потребителей:
− на вводах;
3. РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
Согласно правилам ПУЭ проверка на электродинамическую и термическую стойкость шин и агрегатов производится по току трехфазного к.з. Так на подстанциях токи трехфазного к.з. больше токов однофазного к.з.
Схема замещения главных электрических соединений транзитной
подстанции.
Рисунок 2.− Схема замещения ТП
Рисунок 3.− Схема замещения и преобразования ТП
Сопротивление элементов цепи к.з.
где: Sб – произвольное значение базовой мощности, мВ*А
Sк.з – мощность к.з. на вводах опорной подстанции, мВ*А
В исходной схеме преобразуем − в звезду.
Рисунок 4.− Схема замещения и преобразования ТП.
Найдем относительные базисные сопротивления до точек К2 и К1.
По известной величине суммарного относительного базисного сопротивления определяем установившейся ток к.з.
до (·) К1
до (·) К2
до (·) К3
до (·) К4
Мощность трехфазного симметричного к.з. в узле.
,
где: Uср – среднее напряжение источника питания.
До (.) К1
До (.) К2
До (.) К3
До (.) К4
Далее находим ударный ток по формуле:
,
где: Ку – ударный коэффициент для высоковольтных цепей тяговой подстанции равен 1,8, а низковольтных 1,3.
До К1
До К2
До К3
До (. К4
Действующее значение ударного тока
К1
К2
К3
К4
Ток трехфазного к.з.
К1
К2
К3
К4
Ток однофазного к.з. на стороне 110 кВ
Результаты расчетов сведем в таблицу
Таблица 4. – Результаты расчетов токов к.з.
Iк, кА
Sк.з., МВ*А
iу, кА
Iу, кА
, кА
К1
1,16
318,7
2,95
1,75
К2
1,85
118,5
4,7
2,79
1,6
К3
0,93
42,3
2,36
1,4
0,8
К4
8,56
5,93
15,73
9,29
7,41
Таблица 5. Выбор оборудования
Тип аппарата
Расчётные данные
Паспортные данные
Результат
Uраб, кВ
Iраб.max, кА
Iк,
кА
iу,
кА
Bк
Uн,
кВ
Iном, кА
Iоткл, кА
iскв, кА
I21×t1
ОРУ – 110 кВ
Провода
АС – 120 – 380
0,160
1,16
1,75
12,46
Годен
РНДЗ-1(2)-110/630
0,160
1,16
1,75
12,46
Годен
ВМТ-110Б
0,160
1,16
1,75
12,46
Годен
ТДТНЭ-25000/110-67
0,160
1,16
1,75
12,46
Годен
ТФНД-110М
0,160
1,16
1,75
12,46
750-2000
Годен
ОПНп - 110/73/10/2 УХЛ1
0,160
1,16
1,75
12,46
Годен
Изолятор ПС-6А
0,160
1,16
1,75
12,46
Годен
ОРУ – 35 кВ
Провода
АС – 400 – 835
0,504
1,85
2,79
21,16
Годен
РНД(З)-1(2)-35У/1000
0,504
1,85
2,79
21,16
Годен
ВГБЭ-35
0,504
1,85
2,79
21,16
12,5
0,065
Годен
ЗНОЛ-35Б УХЛ1
0,504
1,85
2,79
21,16
Годен
Тр-р тока
ТФНД-35М
0,504
1,85
2,79
21,16
150-2000
Годен
ОПНп - 35/40,5/10/2 УХЛ1
0,504
1,85
2,79
21,16
Годен
Изолятор ПС-6А
0,504
1,85
2,79
21,16
Годен
ОРУ-27,5
АС – 400 – 835
27,5
21,16
Годен
РНД(З)-1(2)-35У/1000
27,5
0,641
1,85
2,79
21,16
Годен
ВГБЭ-35
27,5
0,641
1,85
2,79
21,16
0,065
Годен
ЗНОЛ-35Б УХЛ1
27,5
0,641
1,85
2,79
21,16
Годен
Тр-р тока
ТФНД-35М
27,5
0,641
1,85
2,79
21,16
150-2000
Годен
ТМ-400/35-75-У1
27,5
0,641
1,85
2,79
21,16
Годен
ОФ – 6 -375
27,5
0,641
1,85
2,79
21,16
Годен
ОПНп - 35/40,5/10/2 УХЛ1
1,85
2,79
4. ПРОВЕРКА ОБОРУДОВАНИЯ ТЯГОВОЙ ПОДСТАНЦИИ
Выбранное по условиям длительного режима оборудование тяговой подстанции следует проверить по условиям к.з., т.е.на электродинамическую и термическую стойкость.
В общем случае, для проверки электродинамической стойкости оборудования необходимо находить механические напряжения в материале оборудования и сравнить их с допустимыми значениями в соответствии с условием:
Непосредственно такой подход реализуется только для проверки жестких шин. Для остальной типовой электрической аппаратуры используется косвенный подход, при котором обеспечивается электродинамическая стойкость, т.е. должно соблюдаться условие:
где: iу расчетное значение удельного тока к.з.;
-каталожное нормируемое значение динамического (предельного сквозного) тока к.з.
При проверке на термическую стойкость оборудования также используется косвенный подход, при котором определяется не температура нагрева оборудования, а характеризующие её показатели. Для шин проверка на термическую стойкость заключается в определении минимального сечения термически устойчивого при к.з.:
qш>=qmin
где: qш – выбранное по Ip.max сечении шин.
Для остальной аппаратуры проверка на термическую стойкость заключается в сравнении расчетного теплового импульса тока к.з. Вк с нормируемым значением Вн:
,
Нормируемый тепловой импульс Вн задаётся непосредственно в каталогах, либо определяется через приведённые значения тока Iт и tт термической стойкости:
Расчетный тепловой импульс может быть определён по выражению:
,
где: Iпо – начальное значение периодической составляющей тока к.з.;
Та – постоянная времени апериодической составляющей тока к.з.
(принять Та = 0,05с).
Время в течении которого проходит ток к.з.,
,
где: t3 – время действия защиты рассматриваемой цепи;
tв – полное время отключения выключателя до погасания дуги.
4.1. Токоведущие части и изоляторы.
Жесткие шины на электродинамическую стойкость поверяют в соответствии с выражением (5.1)
Определение выполняется по известной методике:
,
где: - механическое напряжение в материале шин;
М – изгибающий момент;
W – момент сопротивления при расположении шин на ребро.
,
;
,
38МПа<65МПа условие выполняется.
4.2. Шины и изоляторы.
Таблица 5. – Шины и изоляторы
Напряжение установки
U,кВ
Шины
Изоляторы
АС – 120 – 380
ПФ - 6А
АС – 400 – 835
ПФ - 6А
27,5
АС – 400 – 835
ПФ – 6А
0,4
А 60х60
Iдоп=87
ОФ – 6 -375
ИП – 10/630 – 750 Y1
Проверка шин на термическую устойчивость производится по выражению При этом минимальное сечение qmin, при котором протекание тока к.з. не вызывает нагрев проводника выше кратковременно допустимой температуры, определяется по выражению:
,
где: Вк – тепловой импульс к.з., находится по выражению (5.6);
С – константа, равная до АС -120-380
110 кВ.
АС -120-380
120>39,221
35-27,5 кВ.
Условие выполняется.
АС -400-835
43.30<400
Условие выполняется.
Условие выполняется.
Изоляторы , на которых крепятся токоведущие части в разделительных устройствах, проверяются в соответствии с выражением
где: Fдоп – дополнительная нагрузка на изолятор, Fдоп =0,6 Fразр (Fразр –разрушающее усилие производится в катологах);
F расч – сила, действующая на изолятор /I, с. 99/
Для опорных и опорно-штыревых изоляторов:
,
где: - ударный ток трёхфазного к.з., А;
а – расстояние между осями шин сменных фаз, 0,2м;
- расстояние между изоляторами вдоль шин, 0,8м;
Кв – поправочный коэффициент на высоту шины при расположении её на изоляторе на ребро.
Кв=Н/Низ=1
где: Низ – высота изолятора;
Н – расстояние от основания изолятора до середины расположенной на нём плашмя шины.
Опорные и опорно-стержневые изоляторы применяются для крепления и изоляции шин, а также некоторых видов электрооборудования в ЗРУ и ОРУ.
ОФ-6-375
176,59<240
Условие выполняется.
ПФ – 6А (подвесной, фарфоровый, класс 6, исполнение А, нормальное)
41,57<40012
Условие выполняется.
Для проходных изоляторов
ИП – 10/630-750У1
109,009<450 Условие выполняется.
4.3. Высоковольтные выключатели переменного тока.
Помимо проверки на электродинамическую и термическую стойкость в соответствии с выражением (5.2) и (5.4) высоковольтные выключатели проверяются ещё на отключающую и включающую способность.
Отключающая способность проверяется для момента расхождения контактов на симметричный ток отключения апериодической составляющей , а также по параметрам напряжения восстановления на контактах выключателя после погасания дуги.
Время от начала к.з. до расхождения контактов выключателя:
,
где: t3min – минимальное время действия релейной защиты, принимается 0,01;
tсв – собственное время отключения выключателя, время от момента подачи импульса на электромагнит отключения выключателя до момента расхождения контактов, принимается по каталогу.
При курсовом проекте , поэтому равно действующему значению тока к.з., т.е. .
Тогда условие проверки на симметричный ток отключения:
где: Iн.откл – номинальный ток отключения выключателя (берётся по каталогу).
Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з.:
где: - апериодическая составляющая тока к.з. в момент расхождения контактов выключателя:
,
где: Та=0,05 с.
- номинальное нормируемое значение апериодической составляющей тока к.з.
где: - номинальное содержание апериодической составляющей тока к.з.
Проверка выключателя на включающую способность производится по условиям:
где:
действующее значение номинального тока включения (каталожное)
амплитудное значение номинального тока включения (каталожное)
По значениям выбираем выключатель ВМТ-110Б и ВТ57-35
Выключатели высокого напряжения трёхполюсной типа ВМТ-110Б
Проверка на отключение апериодической составляющей тока к.з.
110 кв.
ВМТ-110Б
1,549 кА < 10,41 кА
Iк ≤ Iвкл.ном
2,7 кА < 52 кА
iу ≤ iвкл.ном
6,873 кА < 65 кА
Все условия выполняются
35-27,5 кВ.
ВГБЭ-35
0,934 кА < 5,761 кА
Iк ≤ Iвкл.ном
1,8 кА < 35 кА
iу ≤ iвкл.ном
4,582 кА < 35 кА
Все условия выполняются
4.4. Разъединители
Проверяем по условиям разъединители
Таблица 6. – Разъединители
Тип
Наибольшее рабочее напряжение ,кВ
Предельный сквозной ток к.з., кА
Наибольший ток термической стойкости Iт
Время прохождения тока Iт, с
РНДЗ110/630
126,0
РНДЗ 35У/1000
40,5
РНДЗ 35У/1000
40,5
110кВ.
РНДЗ110/630 – с одним (двумя) заземляющими ножами
Тип привода: ПРН-220М – ручной
ПДН-1 – моторный
Uраб.max ≤ Uном
115 кВ < 126 кВ
Iраб.max ≤ Iном.дл
376,5 А < 630 А
iу ≤ iдин.скв
6,873 кА < 80 кА
Вк ≤ Вн
Вн=tт
12,46 < 1452
Выполняются условия
35-27,5 кВ.
РНДЗ-35У/1000
Uраб.max ≤ Uном
35 кВ < 40,5 кВ
Iраб.max ≤ Iном.дл
596,18 А < 1000 А
iу ≤ iдин.скв
4,582 кА < 64 кА
Вк ≤ Вн
Вн=tт
3.801 < 2500
Условия выполняются для всех типов разъединителей
4.5. Трансформаторы тока
Выбираются по общим условиям выбора
Uраб.max ≤ Uном
Iраб.max ≤ Iном.дл
И проверяются на электродинамическую и термическую стойкость.
Коэффициенты электродинамической Кд и термической Кт стойкости определяются выражениями:
Кд=iпред.скв./Iн1; Кт=Iт/Iн1
Где:
Iн1 – Номинальный первичный ток трансформатора тока
Дополнительно ТА проверяется на соответствие классу точности для номинальной нагрузки. Необходимый класс точности определяется типом и назначением присоединённых приборов. Если к трансформатору тока будут подключены счётчики электроэнергии, то он должен иметь класс точности 0,5, а для подключения реле защиты и щитовых приборов достаточно иметь класс точности 1 или 3
Тип
номинальное напряжение ,кВ
Номинальный первичный ток I1ном, А
Кратность тока термической стойкости Кт
Кратность тока динамической стойкости Кд
ТФНД-110М
750-2000
36,4 и 43,3
110 и 150
ТФНД-35М
150-2000
32 и 45
50;100;150
ТФНД-35М
150-2000
32 и 45
50;100;150
Таблица 7. – Трансформаторы тока
110 кВ.
ТФНД-110М
Uраб.max ≤ Uном
110 кВ = 110 кВ
Iраб.max ≤ Iном.дл
376,65 А < 2000А
Кд=iпред.скв./Iн1
6,873 А< 424,3 кА
Вк ≤ Вн
12,80 < 7499,56
Условия выполняются
35-27,5
ТФНД-35М
Uраб.max ≤ Uном
35кВ = 35 кВ
Iраб.max ≤ Iном.дл
596,18 А < 2000А
Кд= iпред.скв./Iн1
6,873 А< 424,3 кА
Вк ≤ Вн
4.231 < 8100
Условия выполняются
4.6. Трансформаторы напряжения
Выбирается в зависимости от места установки по напряжению, классу точности и проверяются по суммарной вторичной нагрузке на соответствие классу точности.
Трансформаторы напряжения индуктивные
ЗНОЛ-35Б УХЛ1 и ЗНОЛ-35БТ1
Номинальное напряжение обмоток
1-ой 35000/ 27000 В
2-ой 100/ 100 В
2-ой 100/ 127 В
Номинальная мощность основной
2-ой обмотки, В*А в классе точности
0,5 150 150
1 300 300
3 600 600
Номинальная мощность дополнительной
2-ой обмотки, В*А в классе точности 3 100/3 400/вне класса точности
Предельная мощность основной 2-ой обмотки
Вне класса точности, В*А 1000 1000
УХЛ – климатическое исполнение 1-я категория размещения
Трансформатор предназначен для питания электрических измерительных приборов цепей защиты и сигнализации в электроустановках с частотой 50-60 Гц.
Выбранный ТН проверяют на соответствие классу точности.
,
где: S2ном – номинальная мощность вторичной обмотки ТН, В.А
S2расч – мощность, потребляемая измерительными приборами и реле, подключенными ко вторичной обмотке, В.А;
Где: -сумма активных мощностей приборов и реле, подключенные к наиболее загруженной фазе ТН, Вт;
- сумма реактивных мощностей приборов и реле, вар
Полная мощность потребляемая прибором от 2-й обмотки ТН
коэффициент мощности прибора
Определение суммарной активной и реактивной мощностей приборов S2расч=66,0 В*А
Для обмоток напряжения счётчиков и других приборов принятого ТН
Принят НТМИ
S2ном – 120 В*А в классе 0,5.
Условия выбора удовлетворяются.
5. ВЫБОР ТИПА, ЧИСЛА КОНДЕНСАТОРОВ И РЕАКТОРА ДЛЯ КОМПЕНСИРУЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТЯГОВЫХ ПОДСТАНЦИЙ
В соответствии с заданием на тяговых подстанциях переменного тока 27,5 кВ предусматривается установка поперечной ёмкостной компенсации (КУ) заданной мощности.
Установки поперечной ёмкостной компенсации служат для компенсации реактивной мощности электровозов, состоят из батарей конденсаторов, компенсационной и защитной аппаратуры.
В КУ применяют однофазные конденсаторы (С) с бумажной изоляцией, пропитанной жидким диэлектриком.
По заданной мощности КУ выбирают число последовательно и параллельно
соединённых конденсаторов соответствующего типа, а также реактор.
Таблица 8. – Конденсаторы
Тип конденсаторов
Кол-во конденсаторов, шт.
Мощность конденсаторов, кВар.
Номинальная мощность установки, кВар.
Номинальный ток первой гармошки, А
Емкостное сопротивление конденсаторов, Ом
Сопротивление реактора, Ом.
Допустимый ток, А
Соединённых последовательно
Соединённых параллельно
Всего
КСА-1,05-25
К – для компенсации реактивной мощности;
С – с синтетическим диэлектриком;
А – для наружной установки;
1,05 – номинальное напряжение между обкладками, кВ;
25 – номинальная мощность, кВар.
Все конденсаторы состоят из отдельных параллельных секций, защищённых индивидуальными плавкими предохранителями, встроенными в корпус.
По условиям корпусной изоляции конденсатора располагают на отдельных платформах, изолированных от земли и одна от другой .
Конденсаторы соединяют параллельно и последовательно в соответствии с мощностью и общим напряжением батареи. Изоляция платформ выполняется с помощью подвесных или опорных изоляторов.
Реактор типа ФРОМ – 3200/35 VI (фильтровый реактор однофазный с естественным масляным охлаждением, типовой мощностью 3200 квар, класс напряжения 35 кВ)
Действительное значение номинального тока 230 А
В том числе составляющих частотой.
50 Гц
150 Гц
250 Гц
С целью уменьшения перенапряжения на конденсаторах в реакторе при включении КУ параллельного реактору включается разрядник и резистор сопротивлением 40 Ом
Таблица 9. – Конденсаторы
Тип конденсатора
Напряжение, В
Мощность конденсаторов, квар
Ток, А.
Ёкостное сопротивление конденсаторов, Ом.
Масса, кг.
Высота с изоляторами, мм.
Между обкладками
Корпусной изоляции
КСА-1,05-25
23,8
44,1
6. ВЫБОР АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ И ЗАРЯДНО −
ПОДЗАРЯДНОГО УСТРОЙСТВА
Выбор аккумуляторной батареи заключается в определении типового номера батареи, состоящей из свинцово-кислотных аккумуляторов стационарного типа (СК), расчёте числа последовательно включённых элементов, выборе зарядно-подзарядного устройства (ЗПУ).
Аккумуляторные батареи применяются как автономный источник для питания оперативных цепей постоянного и для резервирования питания различных устройств и цепей тяговых подстанций.
Батареи включают по схеме без элементарного коммутатора с разным количеством элементов для питания цепей управления защиты.
Аккумуляторная батарея должна обеспечивать работу наиболее мощного привода выключателя подстанции после получасового разряда её током постоянной и аварийной нагрузки при отключенном подзарядном устройстве, а также работу аварийного освещения и устройств телемеханики и связи после двух часового разряда батареи.
В качестве подзарядных устройств применяют полупроводниковые выпрямители, подключаемые к сети переменного тока через трансформаторы, что исключает электрическую связь сетей постоянного и переменного тока.
Номер аккумулятора определяют исходя из расчётной разрядной ёмкости батареи и наибольшего тока при разряде.
Taв=2 часа
Ток длительного разряда
где: Iпост – постоянный ток нагрузки, 5А;
Iвр – временный ток нагрузки, 10А.
Расчётный ток кратковременного разряда.
Расчёт ёмкости батарей.
Номер аккумуляторной батареи.
N ≥ 1,1Qрасч/22=1,5=2
Проверка по току кратковременного разряда.
N ≥ Iр.мах/46
N ≥70/46=1,5
2 ≥1.5
Выбираем батарею СК-2
Определяем полное число последовательных элементов батарей исходя из номинального напряжение разрядов.
Число аккумуляторных элементов
Мощность зарядно-подзорядное устройство (ЗПУ)выбирается исходя из первого формированного заряда батарей и одновременного питания постоянных потребителей
Где: Iподз.пр – ток подзарядного преобразователя, А.
Iподз=3,75N
Iподз=3,75*2=7,5 А
Мощность зарядно-подзорядное устройства.
РЗПУ=165,9*(7,5+10)=2902Ват
Iном зпу=2902/165.981.7=29А
Выбираем зарядно-подзорядное устройство ВАЗП-380/260-40/80,