3.6.5. Выбор шин

Для РУВН выбираются гибкие шины типа АС.

Сечение гибких шин выбираем по нагреву рабочим током, проверяем по экономической плотности тока, по термическому действию тока к.з. и по условиям короны:

Предварительно принимаем провод АС-120/19.

Выбор сечения по нагреву рабочим током:

А

где:

- I_раб.max– максимальный рабочий ток шины;

- I_доп– допустимый ток выбранного сечения.

Проверка по экономической плотности тока:

мм²

где:

- S_эк– экономически целесообразное сечение шины;

- J– экономическая плотность тока, А/мм².

Для определения Jнайдем средневзешанную продолжительность использования максимальной нагрузки:

ч

Исходя из T_св,Jвыбирается 1 А/мм²[1, таблица 1.3.36.]

А/мм². Ближайшее стандартное – 240 А/мм².

Условие, при выполнении которого шина является термически стойкой к токам КЗ:

где:

- S= 240 мм²– выбранное сечение проводника;

- I_к– установившийся ток КЗ (принят I_п.с.), А;

- t­_к=t_откл– время прохождения тока КЗ, с;

- С = 88 – коэффициент для алюминиевых шин [2].

мм². Условие выполняется.

Проверка по условиям короны:

Согласно ПУЭ (таблица 2.5.6.) для шин напряжения 220 кВ минимальный диаметр проводов должен составлять 21,6 мм. Это соответствует проводу с сечением 240 мм². Принимается провод АС-240/32.

На РУСН выбираем жесткие шины прямоугольного сечения.

Сечение жестких шин выбирается по нагреву рабочим током и проверяется на термическое и электродинамическое действие токов КЗ.

Предварительно принимаем алюминиевые шины сечением 100х6 мм.

Выбор по нагреву рабочим током (ПУЭ, таблица1.3.31.):

А

А

Проверка на термическое действие токов КЗ:

мм²

Проверка на электродинамическую устойчивость:

Шина динамически устойчива, если

где:

- σ_раси σ_доп– расчетное и допустимое напряжение в материале шины.

σ_доп= 70 МПА для алюминия (методичка).

Расчетное напряжение в шине:

МПа

где:

- W – момент сопротивления шин;

- – изгибающий момент;

- f_рас– изгибающая сила, приходящаяся на единицу длины средней фазы, Н/м;

- l= 1,5-2,0 – расстояние между изоляторами вдоль шины, м .

Н/м

где:

- i_у– ударный ток, при КЗ на шинах, А;

- а – расстояние между осями смежных фаз, м , (а = 0,13 м, согласно ПУЭ) [2].

м³

где:

- b– толщина шины, м .

- h – ширина шины, м .

м³

Н/м

МПа

МПа , условие выполняется.

На РУНН выбираем жесткие шины прямоугольного сечения.

Сечение жестких шин выбирается по нагреву рабочим током и проверяется на термическое и электродинамическое действие токов КЗ.

Предварительно принимаем алюминиевые шины сечением 100х8 мм.

Выбор по нагреву рабочим током:

А

А

Проверка на термическое действие токов КЗ:

мм²

Проверка на электродинамическую устойчивость:

Шина динамически устойчива, если

м³

Н/м

МПа

МПа , условие выполняется.

3.6.6. Выбор изоляторов

Для РУВН выбираются следующие типы изоляторов:

- линейный подвесной стержневой цельнолитой полимерный изолятор типа

ЛК70/220-И-2 СП (ЛК-70/220-А2);

- опорный полимерный изолятор типа ОСК-10-220-А-4 УХЛ1.

Для РУСН выбираются следующие типы изоляторов:

- линейный подвесной стержневой цельнолитой полимерный изолятор типа

ЛК-70/35-А3;

- опорный полимерный изолятор типа ОСК-10-35-А-4 УХЛ1.

Для РУНН выбираются следующие типы изоляторов:

- изолятор проходной ППЦ 10/2000-12,5 УХЛ1;

- опорный полимерный изолятор типа ОСК-12,5-10-А-4 УХЛ1.

Проверка изолятора ОСК-10-35-А-4 УХЛ1:

Согласно ПУЭ расчетная нагрузка на изолятор не должна превышать 60% от разрушающей нагрузки [2].

где:

- F_разр– разрушающая нагрузка, кН;

- F_рас– расчетная нагрузка, кН;

- к_п– поправочный коэффициент на высоту шины;

- Н_из– высота изолятора, мм;

- С – высота шины по оси изолятора, мм .

Изолятор по механической прочности подходит.

Проверка изолятора ОСК-10-10-А-4 УХЛ2:

Изолятор по механической прочности подходит.

Проверка изолятора ППЦ 10/2000-12,5 УХЛ1:

3.7. Расчет заземляющего устройства

Для обеспечения безопасных значений напряжений прикосновения и шагового в ПУЭ нормируется величина сопротивления заземляющего устройства:

В установках 110 кВ и выше с большим током замыкания на землю R_з ≤ 0,5 Ом [2]; За расчетное сопротивление заземления принимаем наименьшееR_з= 0,5 Ом.

Для заземления используются естественные и искусственные заземлители. В качестве естественных заземлителей используются водопроводные трубы (24 м), фундаменты опор, системы трос-опора.

Площадь, занимаемая оборудованием подстанции, определяется размерами ячеек всех распределительных устройств, схемой РУ, их количеством, габаритами силовых трансформаторов, допустимыми минимальными расстояниями для открытых РУ.

На подстанции будем использовать искусственные заземлители, в виде продольных и поперечных, стальных полос (рис.3.7.1).

Рис. 3.7.1. Общий вид искусственного заземляющего устройства подстанции.

План подстанции представляет собой две площади: ОРУ 220 кВ и ОРУ 35 кВ, для которых необходимо рассчитать общее сопротивление заземлителей. Рассчитаем отдельно общее сопротивление каждой площади, затем найдем их сумму.

ОРУ 220 кВ

Сопротивление одной продольной полосы:

Ом

где:

- l– длина полосы, см;

- в = 5 – ширина полосы, см;

- t= 80 – глубина заложения, см;

- ρ_п= 0,5 – расчетное сопротивление грунта на глубине закладки (чернозем).

где:

- к₁– коэффициент, учитывающий просыхание и промерзание почвы (приt= 0,8 м, к₁= 1,6) [2];

- ρ – удельное сопротивление грунта [2, таблица 3.11], Ом*см*10⁴.

Ом

Сопротивление всех продольных полос с учетом коэффициента использования:

Ом

где:

- n – число полос;

- η_п– коэффициент использования, учитывающий взаимное влияние полос при растекании с них тока [2, таблица 3.12].

Ом

Сопротивление одной поперечной полосы:

Ом

Сопротивление всех поперечных полос с учетом коэффициента использования

Ом

ОРУ 35 кВ

Сопротивление одной продольной полосы:

Ом

Сопротивление всех продольных полос с учетом коэффициента использования

Ом

Сопротивление одной поперечной полосы:

Ом

Сопротивление всех поперечных полос с учетом коэффициента использования

Ом

Общее сопротивление сетки полос ОРУ 220 кВ:

Ом

где:

- η = 0,8 = коэффициент использования [2].

Общее сопротивление сетки полос ОРУ 35 кВ:

Ом

Общее сопротивление сетки всей подстанции:

Ом

Общее сопротивление сетки полос и естественных заземлителей:

Ом

где:

- R_е= 10 – сопротивление естественных заземлителей.

Условие выполняется.

3.8. Выбор защиты от перенапряжений и грозозащиты

Основными аппаратами защиты оборудования подстанций от перенапряжений являются ограничители перенапряжения.

На РУВН выбираем ограничитель перенапряжения ОПН-П-220 УХЛ1;

На РУСН выбираем ограничитель перенапряжения ОПН-П-35 УХЛ1;

На РУНН выбираем ограничитель перенапряжения ОПН-П-10 УХЛ1.

Для защиты электроустановок подстанции от прямых ударов молний устанавливаем стержневые молниеотводы.

Зона защиты многократного стержневого молниеотвода определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов.

Торцевые области зоны защиты двойных молниеотводов определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов.

Рассчитаем зону защиты одиночного стержневого молниеотвода высотой

h= 30,5м150м, которая представляет собой круговой конус:

Вершина конуса:

м

Радиус зоны защиты на уровне земли:

м

Радиус горизонтального сечения зоны защиты на высоте защищаемого сооружения h_x1= 5,5м иh_x2= 8м:

м

м

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры при расстоянии между молниеотводами

2h<L= 72,754h:

Высота защищаемой зоны в середине между молниеотводами:

м

Радиус защищаемой зоны в середине между молниеотводами на уровне земли:

м

Ширина защищаемой зоны в середине между молниеотводами на высоте h_x:

м

Внутренние области зон защиты двойного стержневого молниеотвода имеют следующие габаритные размеры при расстоянии между молниеотводами

h<L2hиh>L:

Высота защищаемой зоны в середине между молниеотводами:

м

Радиус защищаемой зоны в середине между молниеотводами на уровне земли:

м

Ширина защищаемой зоны в середине между молниеотводами на высоте h_x:

м

Все результаты расчета молниезащиты сведены в таблицу 3.8.1. Построение зон защиты молниеотводов выполнены в графической части.

таблица 3.8.1.

hx, м	L,м	h, м	h0, м	r0, м	rx, м	hc, м	rc, м	rcх, м
5,5	72,75	30,5	25,925	31,69	21,911	18,356	29,248	22,194
5,5	29,5	30,5	25,925	31,69	21,911	26,104	31,69	25,013
5,5	44,75	30,5	25,925	31,69	21,911	23,372	31,69	24,232
5,5	55,75	30,5	25,925	31,69	21,911	21,401	31,69	23,546
5,5	55,75	30,5	25,925	31,69	21,911	21,401	31,69	23,546
8	59,5	30,5	25,925	31,69	24,967	21,41	31,69	19,844
8	59,5	30,5	25,925	31,69	24,967	21,41	31,69	19,844
8	86,5	30,5	25,925	31,69	24,967	15,893	26,391	15,738
8	86,5	30,5	25,925	31,69	24,967	15,893	26,391	15,738