Комплектная трансформаторная подстанция. Расчет и выбор компонентов КТП

BGCOLOR="#ffffff">0,91 1,540 0,062 0,072 3x35 16 0,65 1,100 0,061 0,068 3x50 25 0,45 0,769 0,060 0,066 3x70 35 0,32 0,549 0,059 0,065

Замечание: для кабелей с медными жилами приведенные в табл.6 значения активного сопротивления следует rуд уменьшить в 1,7 раза.

Сопротивление кабеля: Rк=Rуд lк, Xк=Xуд lк,

где: lк - длина соединительного кабеля, м.

Полное сопротивление определяется как:

где: Хс - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы,

Rпк - переходное сопротивление контактов в местах соединения

(принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением

системы пренебрегаем.

Хс / Хт=0,1 ,

тогда;

ХС=ХТ 0,1=0,038 0,1=0,0038 Ом.

Линия освещения:

гуд = 2,26 / 1,7 = 1,33 мОм/м;

худ = 0,088 мОм/м.

Xк.осв= Xуд lк = 0,088 60 = 5,28 мОм;

Rк.осв = Rуд lк = 1,33 60 = 80 мОм;

;

Первая линия:

гуд = 0,65 / 1,7 = 0,38 мОм/м;

худ = 0,068 мОм/м.

Хк.дв1 = Худ lк = 0,068 90 = 6,12 мОм;

Rк.дв1 = Rуд lк= 0,38 90 = 34,2 мОм;

;

Вторая линия:

гуд = 1,41 / 1,7 = 0,83 мОм/м;

худ = 0,084 мОм/м.

Хк.дв2 = Худ lк = 0,084 80 = 6,72 мОм;

Rк.дв2 = Rуд lк = 1,41 80 = 66 мОм;

;

7. Определить токи КЗ, ударный ток. Проверить условие нормального пуска двигателя. Определение токов короткого замыкания (КЗ)

В месте установки двигателя ток трехфазного КЗ находится как:

Ток однофазного КЗ в том же месте:

где: r0 и х0 - соответственно активное и индуктивное сопротивления

нулевой последовательности, Ом;

r1 и х1 - соответственно активное и индуктивное сопротивления цепи, Ом. Их значения приведены в таблице 5.

Таблица 5. Активные и индуктивные сопротивления трансформаторов 6(10)/0,4 кВ.

Мощность трансформатора , кВА	UK ,%	X1Т =X2Т мОм	X0Т мОм	R1Т = R2Т мОм	R0Т мОм
25	4,5	108	925	60	430
40	4,5	96	845	48	400
63	4,5	82,8	730	40	338
100	4,5	64,7	581,8	31,5	253,9
160	4,5	41,7	367	16,6	150,8

;

где: R0Т , X0Т - активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора.

R0К , X0К - активное и индуктивное сопротивление кабелей.

RНП , XНП - активное и индуктивное сопротивление нулевого проводника, которые находятся также как и сопротивления кабелей:

, где

где: qф , qип - сечения фазного и нулевого проводников соответственно.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

Определение ударного тока КЗ

Ударный коэффициент Kуд. зависит от отношения (Хт + Xk)/(Rt + Rk) и определяется кривым изменения ударного коэффициента.

Линия освещения: Kуд =1;

Первая линия: Kуд =1;

Вторая линия: Kуд =1;

Проверка условий нормального пуска двигателя

У двигателей - легкий пуск, следовательно, должно выполняться

условие:

В условиях тяжёлого пуска:

где: Iп.дв - пусковой ток двигателя, рассчитываемый как:

где: Ki - кратность пускового тока двигателя.

Первый двигатель: Kуд =7

удовлетворяет условию легкого пуска.

Второй двигатель: Kуд =7,5

пуск двигателя тяжелый

8. Проверка термической стойкости выбранных кабелей

Проверка производится с помощью уравнения:

тогда :

где: q - сечение кабеля, мм2,

Iкз(3) - ток КЗ, A; tк - время КЗ, с;

АΘк -значение интеграла, определяющего нагрев проводника при КЗ, А с/мм ;

АΘн - значение интеграла при протекании номинального (длительного) тока.

Температура нагрева для номинального режима принимается равной +65°С. При КЗ допустимая температура принимается равной + 250°С для медного кабеля. С помощью кривых адиабатического нагрева находим значение интегралов АΘк и АΘн по рисунку 6.

;

Рис.6.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

Для выбора термически устойчивого сечения жил кабеля необходимо иметь значение установившегося тока короткого замыкания из соответствующего расчета и возможное время прохождения этого тока через кабель. Время определяется уставкой защиты, которая имеет наибольшее значение выдержки времени (если есть несколько видов защиты).

Определение сечения по термической устойчивости производится по формуле:

где: a — расчетный коэффициент, определяемый ограничением допустимой

температуры нагрева жил кабеля.

Значение расчетного коэффициента а и допустимые предельные температуры нагрева кабелей при прохождении по ним тока к.з. приведены в таблице.

Таблица 6.

Материал жил кабеля	Коэффиц иент a	Допустимая температура °С
Кабели с медными жилами напряжением до	7	260
10 кВ включительно
Кабели с алюминиевыми жилами	12	250
напряжением до 10 кВ включительно

Примечание: при составлений этой таблицы было принято условие, что кабель до возникновения к.з. не имел температуры выше номинальной. Практически кабели работают всегда с некоторой недогрузкой (кроме аварийных режимов), и поэтому при выборе сечения кабеля по термической устойчивости следует выбирать ближайшее меньшее, а не большее стандартное сечение кабеля.

Линия освещения:

Первая линия:

Вторая линия:

В данном случае, учитывая близость значений к выбранным сечениям по длительно допустимому току, следует выбрать, как термически устойчивое, ближайшее стандартное сечение:

для линий освещения: ;

для линии первого двигателя: ;

для линии второго двигателя: .

Кабели, защищенные плавкими, токоограничивающими предохранителями, на термическую устойчивость к токам к.з. не проверяются, поскольку время срабатывания предохранителя мало (0,008 с) и выделившееся тепло не в состоянии нагреть кабель до опасной температуры.

9. Выбор автоматических выключателей (QF1, QF2, QF3) для защиты двигателей и силового трансформатора от КЗ

Автоматические выключатели являются самыми распространенными аппаратами защиты цепей и потребителей от аварийных режимов. Они также предназначены для нечастых включений и отключений токов нагрузки (номинальных токов).

Автоматические выключатели рекомендуется выбирать по следующим основным техническим параметрам: назначению, области применения и исполнению; роду тока и числу главных контактов; типу расцепителя, встроенного в выключатель; номинальному току расщепителя; кратности уставки тока отсечки к номинальному току расцепителя (для максимально-токовых расцепителеи); номинальной уставке на ток срабатывания теплового расцепителя (для тепловых расцепителеи); времени срабатывания теплового расцепителя в режиме перегрузки; предельной коммутационной способности выключателя; типу присоединения подводящих проводников; виду привода выключателя; способу установки выключателя в низковольтное комплектное устройство; климатическому исполнению, категории размещения и степени защиты; числу общих циклов коммутации и числу коммутаций под нагрузкой.

По исполнению автоматические выключатели различаются на нетокоограничивающие, токоограничивающие и селективные.

Нетокоограничивающие выключатели отключают цепь, когда короткое замыкание достигает установившегося ожидаемого значения.

Токоограничивающие выключатели ограничивают ток короткого замыкания путем быстрого введения в цепь дополнительного сопротивления электрической дуги и последующего быстрого отключения короткого замыкания. При этом ток короткого замыкания не достигает ожидаемого максимального значения. Подобные выключатели имеют специальную контактную систему и отличаются повышенным быстродействием.

Селективные выключатели позволяют в процессе эксплуатации регулировать ток и время срабатывания максимальной токовой защиты. Это дает возможность осуществить селективную (избирательную) защиту потребителей и цепей.

Токоограничивающие и селективные выключатели являются более сложными и дорогостоящими аппаратами и их применение должно быть технически и экономически обосновано.

Основным элементом выключателя, который контролирует состояние цепи и выдает команду на отключение при наличии ненормальных режимов, является встроенный в него расцепитель. Расцепитель выполняет роль измерительного органа и в зависимости от его типа защищает цепь от той или иной аварийной ситуации. Электромагнитные расцепители выполняют функции защиты цепи от больших перегрузок по току или от КЗ. Тепловые расцепители предназначены для защиты в области перегрузок, в 5-7 раз превышающих номинальный ток. Полупроводниковые расцепители имеют широкий спектр выполняемых защитных функций (защита от КЗ, перегрузок по току) с большими возможностями регулировки.

Минимальные и нулевые расцепители выполняют защитные функции от понижения напряжения в сети. Например, минимальный расцепитель обеспечивает отключение выключателя при напряжении 70+35% номинального, а нулевой расцепитель — при 35+10% номинального. Минимальные расцепители часто используются для дистанционного отключения автомата.

Независимые расцепители служат для дистанционного управления (отключения) автоматическим выключателем.

Современные автоматические выключатели имеют встроенные расцепители, устанавливаемые заводом-изготовителем и рассчитанные на заданные номинальные токи. Номинальный ток расцепителя (Ihom.р) отличается от номинального тока выключателя (Ihom.b), но не превосходит его. Выключатели с максимальным токовым расцепителем снабжены отсечкой, кратность уставки которой по отношению к номинальному току расцепителя отстраивается от максимально возможного превышения тока над номинальным значением в процессе нормальной работы потребителя.

Для асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором отсечка выключателя отстраивается от ударного пускового тока двигателя, на 10-20% превышая его значение:

При этом номинальная отсечка автоматического выключателя Ihom.о должна быть не меньше Io, но не должна превышать минимального значения тока КЗ в цепи. В каталогах на автоматические выключатели значения отсечки приводятся в абсолютных или в относительных (в кратностях к номинальному току расцепителя) значениях.

Номинальная уставка на ток срабатывания теплового расцепителя выключателя Ihom.т равна среднему значению между током несрабатывания расцепителя —1,1 Ihom.р и нормированным значением тока срабатывания —1,45 Ihom.р:

Время срабатывания теплового расцепителя автоматического выключателя находится из его защитной характеристики по току

перегрузки, длительно протекающему в цепи.

В выключателях широко используются два типа присоединения: переднее и заднее, а сами выключатели располагаются в распределительном устройстве в стационарном или выдвижном исполнении. Выключатели могут снабжаться ручным или двигательным и электромагнитным приводами в зависимости от типа выключателя и его номинального тока.

Таблица 7. Основные характеристики автоматов серии АЕ

Тип	Номинальный ток, А	Номи нальное напряжение	Число полюсов	Ток уставки, А	Предельный ток отключения,	Габариты
АЕ-1000	25	240	1	6...25	-	1,5	90x21x77
АЕ-2000	25; 63;	220...	1,2,3	-	10	16	220x112x115
	100	500
АЕ-2040	16; 20;	660	3	16; 20;	-	12 Iн	207x75x120
	25; 31,5;			25; 31,5;
	40; 50;			40; 50;
	63; 80;			63; 80;
	100			100
АЕ-2443	16; 20;	380	3	-	-	-	-
	25,5; 31;
	40; 50; 63
АЕ-2050М	16; 20;	380	5	16; 20;	-	12 Iн	207x75x120
	25; 31,5;			25; 31,5;
	40; 50;			40; 50;
	63; 80;			63; 80;
	100			100

Автоматические воздушные выключатели серии А3000

Тип	Номинальный ток, А	Напряжение, В	Число полюсов	Ток уставки, А	Предельный ток отключения, кА	Время отключения, с
					постоянный	переменный
А3120	200	220	2,3	15- 100	5	2,5-10	0,015
А3130	200	220	2,3	100-200	20	18	0,015
А3140	600	220	2,3	100-200	17-28	14-25	0,015
А3710Б	160-630	380	2,3	250- 600	17-28	14-25	0,015
					25-50	32-40	0,03

Автоматический выключатель QF1 - для защиты трансформатора

Автоматический выключатель расположен на КТП и защищает силовой трансформатор и энергосистему, поэтому должен отличаться высокой надёжностью работы. Как правило, это селективные выключатели, которые выбираются по номинальному току расцепителя: