книги / Тяговые подстанции городского электрического транспорта
..pdfВыбор реакторов производится по следующим |
условиям: |
1) номинальное напряжение; 2) номинальный ток; 3) |
индуктив |
ное сопротивление, ограничивающее ток к. з. Выбранный реак тор проверяется по остаточному напряжению на шинах установки до реактора.
Определение тока к. з. с учетом индуктивного сопротивле ния реактора было разобрано в гл. IV. Практически реактор приходится выбирать лишь после того, как на основании сравне ния расчетных данных с характеристикой аппаратов обнару жится, что тот или иной аппарат не удовлетворяет требованиям. Так было с выключателем типа ВГ-10М в примере 52-1.
Выбрать соответствующий реактор можно путем подбора~при пересчетах токов к. з. При этом могут быть три вида пересчета, соответствующие случаям, когда оборудование не подходит по току отключения, по динамическому действию или по термиче скому действию.
Если полученное значение сопротивления реактора более 6—8%, то в большинстве случаев вместо применения реактора целесообразнее заменить тип аппаратов, так как в противном случае потери в реакторе превысят 4—5%.
Реактор, выбранный по условиям ограничения тока, следует проверить по остаточному напряжению, которое желательно иметь в пределах 60—70%:
^Л>ст = *^р 7-----(53 1)
7р. ном
Выбранный реактор необходимо проверить на динамическую и термическую устойчивость по условиям
tp. макс ^ *у» |
|
It p V ^ > L V t l - |
(53-2) |
§ 54. Выбор трансформаторов тока
Трансформаторы тока выбираются по следующим условиям: 1) номинальное напряжение первичной цепи С/1ном ; 2) номи нальный ток первичной цепи / 1ном ; 3) номинальный ток вторич ной цепи / 2Ш)м ; 4) класс точности; 5) номинальная мощность
вторичной цепи. Выбранные "трансформаторы тока |
проверяются |
на динамическую и термическую устойчивость. |
трансформа |
Н о м и н а л ь н ы й ток п е р в и ч н о й це пи |
тора выбирают по номинальному току установки с учетом того, что перегрузка трансформатора длительным током не должна быть более 10%. Следовательно, при выборе трансформатора то ка следует анализировать нагрузку при возможных вынужден ных режимах.
. Но м и н а л ь н ы й ток в т о р и ч н о й ц е п и трансформа тора выбирается в зависимости от типа приборов, присоединяе мых ко вторичной цепи.
На тяговых подстанциях трансформаторы тока могут питать амперметры, счетчики учета активной энергии, реле максималь ного тока, последовательные обмотки реле мощности, первичные обмотки быстронасыщающихся трансформаторов типа ТКБ-1
.и датчики телеметрии тока. Для этой цепи обычно используются
трансформаторы тока |
со вторичным током 5 а. |
К л а с с т о ч н о с т |
и трансформатора тока выбирают в соот |
ветствии с назначением. При этом каждая из обмоток двухобмо точных трансформаторов может быть использована в своем
классе точности. |
в т о р и ч н о й |
ц е п и |
Н о м и н а л ь н а я мо щн о с т ь |
трансформатора тока не должна выходить за пределы мощно сти, гарантируемой заводом для данного класса точности. Вслед ствие малой индуктивности в цепи вторичных обмоток трансфор матора тока при выборе учитывают не геометрическую, а ариф
метическую сумму сопротивлений: |
|
z2 = Ъг + Ъх. |
(54—1) |
Мощность вторичной обмотки трансформатора в этом слу
чае должна удовлетворять условию |
|
|
S2 = 52 z2. |
(54 -2) |
|
Значения сопротивлений основных |
приборов «привадятся |
|
в справочниках. |
|
|
Сопротивление контактов в зависимости от их числа берется |
||
0,05 -г- 0,1 ом. |
|
|
Сопротивление одного провода вычисляется по формуле |
||
^?пр = |
ом, |
(54 3) |
где I —длина провода между трансформатором тока и щитком приборов, м.
В релейных схемах на оперативном переменном токе транс форматор тока используется не только для питания реле защи ты, но и для питания отключающих катушек приводов. В послед нем случае требование точности заменяется требованием отдачи мощности, достаточной для надежной работы электромагнитов отключения.
Расчет отдаваемой мощности трансформаторов тока являет ся довольно сложным и трудоемким. Причина этого — появление высших гармоник при насыщении сердечника, потери в стали и нелинейный характер нагрузок.
Поскольку у большинства отечественных трансформаторов т'ока отдаваемая мощность достигает 400—500 ва при номиналь ном первичном токе, то расчет отдаваемой мощности не произ водят.
Динамическая устойчивость трансформатора тока характе ризуется коэффициентом динамической устойчивости. Поэтому трансформатор тока должен удовлетворять условию
1 ^ 2 1 \ лом ^ У |
(54-4) |
Термическая устойчивость трансформатора тока должна удовлетворять неравенству
|
|
|
*ф, |
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
откуда условие выбора |
|
|
|
|
|
|
|
||||
Л н о м Л т > / « |
Y ~ T ~ - |
(54-5) |
|
|
|
|
|
|
|
||
Если в каталоге |
при коэф |
|
|
|
|
|
|
|
|||
фициенте |
термической |
устой |
|
|
|
|
|
|
|
||
чивости время не указывается, |
Рис. 54-1. К примеру 54-1 |
|
|||||||||
то оно соответствует 1 сек. |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Пример 54-1. Выбрать |
трансформаторы |
тока |
ввода |
кабелей |
для приме |
||||||
ра 52-1. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Трансформаторы тока устанавливаются в двух фазах и предназначаются |
|||||||||||
для питания трехфазного счетчика активной энергии |
(для |
денежного расче |
|||||||||
та), амперметра, реле |
мощности и реле максимального тока |
(рис. 54-1). |
|
||||||||
Р е ш е н и е . |
Выбираем |
трансформатор |
типа |
ТПФ |
с |
коэффициентом |
|||||
трансформации 300/5, двухобмоточиый, класса 0,5/3. |
Обмотка |
класса |
0,5 |
||||||||
включается |
на |
амперметр и |
счетчик, обмотки класса |
3 — для токовых |
реле |
||||||
и реле мощности. Расстояние между трансформатором и щитком 25 м. |
|
||||||||||
Определяем |
сопротивление приборов в цепи обмоток класса 0,5. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
54-1 |
|
|
|
Расчетная таблица к примеру |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
Сопротивление в цепи фаз, ом |
|||||
|
Наименование приборов |
|
фаза ж |
|
фаза к |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Амперметр |
|
|
|
|
|
0,07 |
|
|
|
|
|
Счетчик . |
|
|
|
|
|
|
0,021 |
|
0,021 |
||
|
|
|
И т о г о |
|
|
0,091 |
|
0,021 |
Дальнейший расчет ведем для наиболее нагруженной фазы ж. Провода выбираем медные сечением 2,5 мм2. Сопротивление проводов с учетом схемы соединения
Rnp — |
1,73 • 25 |
= 0,3 ом. |
57 • 2,5 |
|
|
Мощность в цепи вторичной обмотки |
|
S2 = 52(0,091 + 0,3 + 0,1) = 12,3 ва.
Поскольку предельная мощность трансформатора в классе 0,5 равна 15 ва, то работа его в этом классе обеспечена.
Аналогичным образом проверяются условия работы обмоток трансформа тора класса 3.
Динамическая и термическая устойчивость выбранного трансформатора характеризуется коэффициентами /гд= 165 и &т= 75.
Поэтому на основании выражения (54-4)
у т • 300 ■165 • 10-3 = 70 ка.
Так как ударный ток в установке ty= 45 ка, то условию динамической устойчивости трансформатор тока удовлетворяет.
Термическую устойчивость выбранного трансформатора проверяем на ос новании (54-5):
|
Лном = 300.75 = 22 500, |
а |
[ „ У h. = 12500 J/"9ÉÈ.= 11500. |
Таким образом, выбранный трансформатор тока удовлетворяет всем усло |
|
виям |
работы. |
§ 55. Выбор трансформаторов напряжения
Трансформаторы напряжения выбирают по следующим усло виям: 1).схема соединения; 2) номинальное напряжение первич ной обмотки; 3) класс точности; 4) мощность.
На тяговых подстанциях трансформаторы напряжения могут питать вольтметры, счетчики учета электроэнергии, обмотки на пряжения реле мощности, датчики телеметрии напряжения и ре ле контроля напряжения.
Для питания этих цепей могут быть использованы два одно фазных трансформатора, соединенных в открытый треугольник, или трехфазный трансформатор с соединением обмоток «звез да — звезда».
Контроль изоляции шин высокого напряжения на тяговых подстанциях обычно не производится, но если потребности в та ком контроле возникают, то следует применить либо три одно фазных трансформатора, соединенных по схеме «звезда — звез да» с заземленными нейтралями, либо пятистержневой транс форматор.
|
Ф орм улы для |
оп р едел ен и я вторичны х н а гр у зо к тр ан сф ор м атор ов |
н апр яж ени я |
|
|
|||||||||
|
Схема |
1 |
Схема 2 |
|
|
|
|
Схема 3 |
|
|
||||
|
|
|
■& Нагрузка |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р а Ь — $ a b COS Та 6» |
P a b — Р be — V |
3 5 фаз X |
Р а Ь |
— S a b C O S <pa b |
-f" S ca C O S (Tea |
60°); |
||||||||
Pbc — $bc cos Tôc- |
X cos (ср + |
30°) |
P b e |
= |
S bc C O S |
4 b c + |
Sca C O S |
( c p c a — |
60°) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Схема 6 |
|
|
|||||
|
Схема 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Схема |
5 |
|
|
|
|
|
cos (Taft — 30°) - |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y~3 |
cos ^ ca |
^®0)» |
|
||
p° = i N |
r cos (^ " - 30°); |
|
|
p b = у Ц |
- |
cos (lab + 30°) + |
|
|||||||
|
|
|
+ |
- p |
T |
C0S( n c - 30°); |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Р ь = Р а |
+ - y |
Y |
co s (чье ~ |
30°); |
|
|
p |
_ |
S b c |
- COS (<pbc + |
30°) + |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Ра — Pb — Рс — |
*£фаз c o s |
Т |
He~ |
i n |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
+ |
y y |
œ |
s ( f c a - |
30°) |
|
||||
Pc'— |
у —g |
co s |
(fbc + 30°) |
|
|
|
|
|||||||
П р и м е ч а н и е . |
Определение реактивной нагрузки Q производится по тем же формулам, по с заменой cos на sin того же угла. |
|
Класс точности трансформаторов напряжения выбирается в зависимости от назначения и от типа подключаемых приборов. Поскольку один трансформатор питает несколько приборов, то класс точности трансформатора определяют по прибору, требу ющему наивысшего класса точности. Обычно такими приборами являются счетчики учета электроэнергии класса 0,5 для денеж
ного |
расчета. |
Счетчики технического учета и измеритель |
ные |
-приборы |
можно питать от трансформаторов класса |
точности 1.
Мощность приборов, подключаемых к трансформатору, вы числяется в зависимости от типа и числа приборов (табл. 55-1), а также схемы соединения.
Для схем соединения 1 и 5 табл. 55-1 нагрузка определяется суммированием мощности в каждой из фаз. При этом, если коэф фициенты мощности приборов близки, то можно ограничиться приближенным вычислением по формуле
(55-1)
Мощность фаз с учетом коэффициента мощности каждого прибора определяется по формуле
•-*2 — |
(^^приб COS (рприбГ "Ь (^*^приб Sin |
Тпрнб) ~ — |
|
= V (ЕЯприб)2+ (EQnpne)2 |
(55-2) |
Выбор трансформатора производят по наиболее нагружен ной фазе, сравнивая эту нагрузку с номинальной фазовой мощностью трансформатора соответствующего класса точ ности.
Определение фазовых нагрузок в цепи трансформатора на пряжения при различных схемах соединения обмоток трансфор маторов и нагрузок ведут по формулам табл. 55-1.
Пример 55-1. Выбрать трансформатор напряжения для кабельного ввода тяговой подстанции примера 52-1.
Трансформатор напряжения должен питать счетчик активной энергии,
вольтметр, реле мощности типа ИМБ-171. |
трансформатор |
типа |
HTMK-10/10Ô |
|||
Р е ш е н и е . |
Выбираем трехфазный |
|||||
класса точности |
0,5. |
|
|
|
|
|
При двух трансформаторах тока, включенных в фазы А и С на вторич |
||||||
ной обмотке трансформатора напряжения, вольтметровые |
обмотки |
счетчика |
||||
и реле мощности будут включены между |
фазами а и Ъ, |
b |
и с, |
т. е. |
по схе |
ме 4 табл. 55-1. Вольтметр имеет переключатель, позволяющий включать его между любыми фазами, поэтому учитываем наиболее неблагоприятный слу чай, когда вольтметр присоединен между фазами а и Ь.
Данные междуфазовых нагрузок, а также мощности приборов, сводив в табл. 55-2.
Расчетная таблица к примеру
|
о |
a |
|
|
a. |
||
Наименование |
h ; о |
о |
|
с. |
|||
|
Ssg* |
||
приборов |
с |
||
o g l |
о |
||
|
I& & |
cj |
|
|
9 = a |
? |
|
Вольтметр |
1 |
1 |
|
Счетчик ак |
|
|
|
тивной энергии |
2 |
1 |
|
типа И . |
|||
Реле мощ |
|
|
|
ности типа |
1 |
2. |
|
ИМБ-171 |
|||
Итого |
— |
- |
Требуемая |
|
|
Мощность приборов |
||||
мощность, ва |
|
|
между |
между |
|||
|
|
о |
о |
фазами а |
фазами b |
||
5 « |
|
и Ь |
и |
с |
|||
общая |
Q. |
X |
|
|
|
|
|
одной катушь прибор |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
э-“ |
|
|
|
|
|
|
О |
с |
РаЬ |
Qab |
Р Ьс |
Qbc |
4,7 |
4,7 |
1 |
0 |
4 J |
— |
_ |
— |
1,75 |
1,75 |
0,38 |
0,925 |
0,65 |
1,62 |
0,65 |
1,62 |
35 |
35 |
0,17 |
0,98 |
6 |
34 |
6 |
34 |
- |
- |
1j “ |
— |
11,35 35,62 |
6,65 |
35,62 |
По данным табл. 55-2 определяем:
Sab = V р 1ъ + Qlb = V 11>32 + 35,62 = 37,2 ва,
Sbc = ] / _6,6J -h 35,6- = 36,2 ва,
cos<pa6 = g * - = ” |= 0 , 3 ; Çaii = 72°,
cos^ = 3§f = 0'177, ^ = 80°-
Нагрузка фазы a (по формулам схемы 4 табл. 55-1):
Pa = |
37 2 |
cos 42° = 15,8 emt |
У з |
372
=-y=~~ sin 42° = 14»6 eaP>
Sa = V 15,8- + 14.62 = 21,6 ea.
Нагрузка фазы b:
36,2
Pb = 15,8 + y = - cos 50° = 24,2 em,
Qb = 15,8 + y | = sln 50° = 31,6 вар,
S b = V 24,22 + 31,6-' = 40 ea.
Рс = |
36,2 |
|
36,2 |
cos 20° = |
20 вт, |
|
|
у — |
cos 110° =■ у — |
|
|||||
36,2 |
|
36,2 |
sin (—20°) |
- — 7,1 |
вар, |
||
Qc = |
sin 110° = |
у — |
|||||
|
Sc = |
V 201 + |
7,la |
= |
21,2 ва. |
|
|
Фазовая мощность трансформатора напряжения класса ОД равна 120/3=40 ва, т. е. все фазы трансформатора недогружены. Если бы нагрузка превысила номинальное значение мощности трансформатора, то следовало бы
вместо трехфазного трансформатора взять два |
однофазных, соединенных |
|
в открытый треугольник. Тогда междуфазовая |
мощность |
трансформатора |
класса 0,5 равнялась бы 80 ва вместо 40 ва. |
|
|
Следует также отметить, что вольтметровые обмотки реле мощности типа |
||
ИМБ-171 можно не держать постоянно под напряжением, |
а подключать их |
|
через контакты пускового токового реле. |
|
|
§ 56. Выбор шин и опорных изоляторов
Во внутренних распределительных устройствах шины выпол няют из меди, алюминия и стали. По своей форме шины быва ют плоскими (с соотношением сторон от 1 5 до 1 10), круглы ми и фасонными. На тяговых подстанциях шины применяются обычно алюминиевые, плоские, окрашенные. Окраска шин улуч шает их охлаждение: теплопередача от пленки краски в воздух больше, чем от чистого металла, а теплоемкость пленки больше, чем у воздуха, следовательно, для ее нагрева требуется больше тепла. Окраска шин трехфазной системы производится в цвета: желтый, зеленый и красный. Шины распредустройства постоян
ного тока окрашиваются: *положительной полярности |
(плюсо |
вая)— вишневая, отрицательной (минусовая)— синяя. |
в каче |
На открытых распределительных устройствах 35 кв |
стве шин используются голые медные, алюминиевые или стале алюминиевые провода.
Выбор сечения шин производится по ПУЭ, в которых указа ны длительно допустимые токи при условии максимального на грева шин до +70° С и окружающей температуре +25° С.
Шины крепятся на изоляторах и при этом могут распола гаться плашмя или на ребро. В случае расположения шин плаш мя вследствие худшей теплоотдачи токовые нагрузки должны быть уменьшены: на 5% — для ширины полос до 60 мм и на 8% — для ширины полос более 60 мм.
Выбранные шины должны быть проверены на термическую и динамическую устойчивость. Проверка шин на термическую устойчивость токам короткого замыкания изложена в § 26.
Проверка шин на динамическую устойчивость сводится к на* хождению в материалах шин напряжения от действия электро динамических сил согласно § 27.
Наибольший изгибающий момент можно определить, рас сматривая шину как многопролетную балку (рис. 56-1) с равно мерно распределенной нагрузкой
М = ^ - к Г - с м , |
(56—1) |
где F — сила, действующая в пролете I между опорными изоляторами, определяется по формуле (27—8).
... |
|
|
|
|
|
|
_ Г ~ |
f |
je |
f |
|
1 |
|
— ф |
ф |
— !■?— |
é — |
— — |
г |
|
V |
||||||
|
|
|
|
|
Рис. 56-1. Трехфазная шинная конструкция
Расчетное напряжение в материале
‘расч- % кг/см*. |
(56-2) |
Рис. 56-2. Момент сопротивления плоских шин
Момент сопротивления плоских шин W см3 относительно оси, перпендикулярной к направлению действия силы, определяется в зависимости от расположения шин (рис. 56-2).
Момент сопротивления шин круглого сечения диаметром d
см \ |
(56 -3) |
Допускаемое напряжение в материале шин не :должно превышать:
для меди |
1400 |
кГ/смг, |
для алюминия марки АТ |
700 |
к Г /с м 2, |
для алюминия марки ATT |
900 |
к Г \с м 2, |
для стали |
1600 |
к Г /с м 2. |
При выполнении шин в виде пакетов |
из нескольких полос |
расчет усложняется, однако в условиях тяговых подстанций та кие сборные шины не применяются.
Выбор изоляторов распределительных устройств производит ся по роду установки (внутренние или открытые), по назначе нию (опорные или проходные), по электрическому напряжению и по механической нагрузке.
Проходные изоляторы используют при проходе шин через стены и перекрытия внутри помещения и при выводе шин изздания.
Для внутренних установок опорные изоляторы выпускаются на напряжение 6, 10 и 35 кв и отличаются они между собой вы сотой или длиной. По механической прочности изоляторы выпу скаются четырех серий: А, Б, В и Д.
Маркировка типа изоляторов указывает назначение,; серию- и напряжение. Для проходных изоляторов дополнительно указы
вается ток. |
Например: тип ОА-Ю означает опорный |
изолятор |
|
серий А на |
10 кв\ тип ПА-6/400— проходной изолятор |
серии А |
|
на 6 кв, 400 а. |
|
||
Выбор опорных изоляторов по механической прочности про |
|||
изводится путем сравнения электродинамической силы |
Еэд* вы |
||
численной для |
шин в пролете / между опорными изоляторами, |
||
с допустимой |
по каталогу механической нагрузкой. Нагрузка,, |
обозначенная в каталогах, действует на скалывание изолятора и приложена в плоскости верхнего колпачка на высоте Н изо лятора.
Если шины на изоляторе установлены на ребро со средней высотой Н\ от основания изолятора, то допускаемую нагрузку Fi необходимо уменьшить:
(56—4)
При неровных пролетах шин по обе стороны от опорного изо лятора принимается среднее арифметическое усилие.
Выбор проходных изоляторов по механической прочности производится так же, как и опорных, сравнением допускаемой механической нагрузки на изолятор с электродинамической си лой, возникающей между шинами. Эту силу для проходных изо ляторов необходимо вычислять.для пролета, равного IJ2.