ТРАНСФОРМАТОРНИХ ПІДСТАНЦІЙ
Мета заняття: Навчитися виконувати вибір електричних апаратів сільських трансформаторних підстанцій напругою 35(110)/10 та 10/0,4 кВ і виконувати їх перевірку на термічну та динамічну стійкість
ТЕОРЕТИЧНІ ПОЛОЖЕННЯ
Відповідно до Правил улаштування електроустановок електричні апарати вибирають за каталогами за умовами їх роботи в нормальному режимі і перевіряють за режимом короткого замикання [2 c. 225-279; 3с.281; 4 с.297; 5 с. 168-188; 6 с.203; 7 с. 229; 8 с.168; 9 с.200; 10 с.98; 12 с.228].
Розрахунок максимальних робочих струмів (струмів тривалого режиму роботи) на ділянках мережі виконується за формулою:
, (11.1)
де 
– максимальна розрахункова потужність відповідної ділянки мережі (денна або вечірня), кВА;
– номінальна напруга мережі, кВ.
Електричні апарати вибирають за наступними параметрами:
1. За місцем встановлення і конструктивним виконанням.
Апарати внутрішнього встановлення не можна використовувати на відкритих електроустановках, а навпаки – їх використання є недоцільним.
2. За номінальною напругою.
Номінальна напруга апарата, зазначена в паспорті або в каталозі, повинна бути не меншою від напруги установки (мережі), для якої вибирають апарат:
(11.2)
Якщо ця умова не виконується, то можливий пробій ізоляції апарата.
4. За номінальним струмом:
(11.3)
Якщо умова (11.3) не виконується, то виникає перегрів струмопровідних частин апарату та їх пошкодження.
5. Захисні та комутаційні апарати, які призначені для відключення аварійних струмів, крім того, вибирають із урахуванням струму (граничного струму) або потужності відключення:
, (11.4)
, (11.5)
де 
– максимальне діюче значення струму к.з. в мережі, кА.
– максимальна потужність к.з., кВА;
– номінальний струм відключення, кА.
Для мереж напругою 35 кВ і більше 
.
Для мереж напругою 10 та 0,38 кВ, для 
.
Якщо не виконувати цю вимогу, то електричну дугу не буде погашено, і, як наслідок, відбудеться пошкодження апарата із перекриттям усіх фаз електричною дугою.
За режимом короткого замикання електричні апарати перевіряються на динамічну і термічну стійкість. Апарати перевіряють шляхом порівняння:
1) максимально допустимого струму апарату 
із ударним струмом трифазного короткого замикання 
(динамічна стійкість):
(11.6)
2) номінального струму термічної стійкості апарату 
, що гарантується заводом протягом часу t, з розрахунковим усталеним струмом короткого замикання 
і приведеним часом дії короткого замикання 
(термічна стійкість):
(11.7)
де 
– приведений час короткого замикання, с.
, (11.8)
де 
– витримка часу струмового захисту, с.
– час відключення вимикача.
Апарати, що використовуються в сільських електроустановках, здебільшого мають значний запас як за динамічною, так і за термічною стійкістю.
Трансформатори струму вибирають за конструкцією та родом установлення, номінальною напругою, номінальним первинним струмом, номінальним вторинним струмом, класом точності, номінальною потужністю вторинного кола. В режимі короткого замикання необхідно їх перевірити на динамічну і термічну стійкість [2 с. 302; 3 с. 283; 4 с. 300; 5 с. 233; 7 с. 236]. Умови вибору трансформаторів струму наведені в таблиці 11.1.
Таблиця 11.1 – Умови вибору трансформаторів струму
| Параметри трансформатора струму | Умови вибору |
| Номінальна напруга |
|
| Номінальний первинний струм | 
|
| Номінальний вторинний струм | в залежності від довжини вторинного кола |
| Клас точності | згідно з ПБЕ |
| Номінальна вторинна потужність | 
|
| Кратність струму динамічної стійкості |  ≤ kд ×  × І 1н
|
| Кратність односекундного струму термічної стійкості |  ≤ (kt × І 1н)2× t
|
– коефіцієнт (кратність) динамічної стійкості;
– коефіцієнт (кратність) термічної стійкості;
Силові трансформатори і багатооб’ємні масляні вимикачі на напругу 35 кВ і вище мають вбудовані трансформатори струму, які використовують для приєднання релейного захисту та вимірювальних приладів.
Розрахункова потужність вторинного кола трансформатора струму 
, В·А, визначається за виразом:
, (11.9)
де 
– сумарна потужність усіх приладів, підключених до трансформатора струму, В·А (довідкові дані);
– номінальний струм вторинної обмотки трансформатора струму, А;
– активний опір з’єднувальних проводів, Ом;
– активний опір контактів, Ом (приймається для кола рівним 0,1 Ом).
Високовольтні запобіжники типу ПКТ споживчих ТП 10/0,4 кВ вибирають за номінальною напругою, номінальним струмом та граничним струмом вимикання. Також виконують вибір номінального струму плавкої вставки запобіжника за умовою:
, (11.10)
де 
– номінальний струм силового трансформатора, А.
Так як запобіжники типу ПКТ мають ефект обмеження струму їх не перевіряють на термічну та динамічну стійкість.
Для керування повітряною лінією 10 кВ (рисунок 10.1), що відходить від РТП 35/10 кВ необхідно встановити: роз’єднувачі внутрішнього встановлення QS1 та QS2 (внутрішнього встановлення); високовольтний вимикач Q1 (масляний або вакуумний); трансформатори струму ТА1…ТА3 для живлення кіл обліку, вимірювальних приладів і релейного захисту. Параметри обладнання наведені в [2 с. 443-452; 7 с. 517-532; 8 с.133,170; 9 с.191; 10 с.98; 12 с.228] або в іншій довідковій літературі.
Зі сторони високої напруги ТП 10/0,4 встановлюють роз’єднувач зовнішнього встановлення QS3, розрядники FV1…FV3 і високовольтні запобіжники FU1…FU3 (рисунок 11.1).
Рисунок 11.1 – Однолінійна схема електричної мережі напругою 10 кВ
На відхідних лініях 0,4 кВ, як правило, встановлюються автоматичні вимикачі, на вводі 0,38 кВ – рубильник або автоматичний вимикач. Дані для апаратів напругою до 1000 В можна знайти в [2 с. 443; 8 с.311; 9 с.21-37; 10 с. 6, 26; 11 с. 115].
Чутливість апаратів захисту (автоматичних вимикачів) повинна відповідати наступним умовам.
– Для автоматів, які мають тільки електромагнітний розчіплював:
, (11.10)
1,25 – при Ін. а. > 100 А; 1,4 – при Ін. а. < 100 А;
де 
– струм однофазного короткого замикання, А;
– струм відсічки автомата, А [2 с.444; 9 с. 34; 10 с.26; 11 с.115].
– Для автоматів з тепловим або комбінованим розчіплювачем та для запобіжників:
, 
, (11.11)
де 
– номінальний струм теплового розчіплювача, А [2 с.444; 9 с. 34;
10 с. 26; 11 с. 115];
– номінальний струм плавкої вставки запобіжника.
Якщо вибрані апарати захисту не забезпечують заданої чутливості, то необхідно виконати один із наступних заходів: зменшити опір петлі «фаза-нуль» (збільшити площу перерізу проводів, скоротити відстань лінії); збільшити потужність силового трансформатора підстанції; застосувати інші додаткові засоби захисту від однофазних замикань (наприклад встановити автоматичні вимикачі, які мають додатково незалежний розчіплювач, на який діє реле струму із обмоткою в нульовому проводі лінії).
ЛІТЕРАТУРА
2. с. 275-305, 443-452; 3 с.281-284; 4 с.297-302; 5 с.228-233; 6 с.203-205; 7 с. 229-234, 517-532; 8 с.168-172; 9 с.200-216; 10 с.98-109; 11 с. 100-118; 12 с. 228-391.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
16. За якими параметрами вибирають електричні апарати?
17. З якою метою і як перевіряють електричні апарати на термічну стійкість?
18. З якою метою і як перевіряють електричні апарати на електродинамічну стійкість?
19. Що може відбутися із електричним апаратом, якщо напруга в мережі буде перевищувати напругу на яку його розраховано?
20. За якими параметрами перевіряють комутаційні та захисні апарати, що призначені для відключення аварійних струмів в мережі?
21. За якими параметрами вибирають трансформатори струму?
22. Що таке клас точності вимірювальних трансформаторів?
23. Як класифікуються трансформатори струму за способом встановлення?
24. За якою умовою перевіряють на чутливість автоматичні вимикачі із електромагнітним розчіплювачем?
25. За якою умовою перевіряють на чутливість автоматичні вимикачі із тепловим або комбінованим розчіплювачем?
Задача 11.1
Виконати вибір обладнання для шафи повітряної лінії 10 кВ, що відходить від районної трансформаторної підстанції 35/10 кВ. Вибрати: роз’єднувачі QS1, QS2, високовольтний вимикач Q1, трансформатори струму ТА1 та ТА2. Підстанція має закритий розподільний пристрій напругою 10 кВ. Вихідні дані для розрахунку наведено на рисунку 11.2.
 |
Рисунок 11.2 – Однолінійна схема повітряної лінії напругою 10 кВ
РОЗВ’ЯЗАННЯ:
1. Розраховуємо максимальний робочий струм (струм тривалого режиму роботи) на головній ділянці лінії 10 кВ, що відходить від підстанції:
, 
А.
2. Розраховуємо ударний струм трифазного к.з. (миттєве значення):
, 
кА;
при к.з. на шинах 10 кВ споживчих підстанцій 
= 1 [2-10 ].
3. Визначаємо діюче значення повного струму триполюсного к.з. за перший період протікання струму к.з.:
, 
кА.
4. Виконуємо вибір роз’єднувача QS1 в табличній формі (таблиця 11.2).
Таблиця 11.2 – Вибір роз’єднувача QS1
| Розрахункові дані | Параметри апарату | Умови вибору | |
| Вимоги | Вибір | ||
 кВ
|  кВ
|
| 
|
 А
|  А
|
| 
|
 кА
|  кА
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
До встановлення приймаємо роз’єднувач внутрішнього встановлення типу РВ-10/630У3. Тип привода ПР-11 (ручний).
5. Виконуємо вибір роз’єднувача QS2 (таблиця 11.3).
Таблиця 11.3 – Вибір роз’єднувача QS2
| Розрахункові дані | Параметри апарату | Умови вибору | |
| Вимоги | Вибір | ||
| кВ
| кВ
|
|
|
 А
|  А
|
|
|
| кА
| кА
|
|
|
|
|
|
|
До встановлення приймаємо роз’єднувач внутрішнього встановлення типу РВ3-10/630У3 (із заземлюючими ножами). Тип привода ПР-11.
6. Виконуємо вибір високовольтного вимикача Q1 (таблиця 11.4).
Таблиця 11.4 – Вибір високовольтного вимикача Q1
| Розрахункові дані | Параметри апарату | Умови вибору | |
| Вимоги | Вибір | ||
| кВ
| кВ
|
|
|
| А
|  А
|
| 
|
 кА
|  кА
| 
| 
|
 кА
| кА
|
|
|
|
|
|
|
|
До встановлення приймаємо малооб’ємний масляний вимикач внутрішнього встановлення типу ВПМ-10-20/1000У3. Тип привода ПЭ -11.
6. Виконуємо вибір трансформаторів струму напругою 10 кВ
ТА1 і ТА2 (таблиця 11.5).
Таблиця 11.5 – Вибір трансформаторів струму ТА1 та ТА2
| Розрахункові дані | Параметри апарату | Умови вибору | |
| Вимоги | Вибір | ||
| кВ
| кВ
|
|
|
| А
|  А
| 
| 
|
| кА
| kд × × І Н1=250´
´ ×75=26,4 кА
|  ≤ kд × × І Н1
| 
|
|
| (kt × І Н1)2× t = (45×75)2 ´ ´×3 = 34,2кА2с |  ≤ (kt × І Н1)2× t
| 
|
До встановлення приймаємо трансформатор струму типу ТПЛ-10У3 внутрішнього встановлення. Коефіцієнт трансформації 75/5, клас точності 0,5/10Р (дві вторинні обмотки).
Задача 11.2 (самостійно)
Виконати вибір обладнання для шафи повітряної лінії 10 кВ (рисунок 11.3), що відходить від районної трансформаторної підстанції 35/10 кВ та обладнання на стороні 10 кВ споживчої ТП 10/0,4 кВ: роз’єднувачі QS1, QS2 (шинний та лінійний), високовольтний вимикач Q1, трансформатори струму ТА1 та ТА2, лінійний роз’єднувач зовнішнього встановлення QS3, високовольтні запобіжники FU1…FU3. Вихідні дані для розрахунку за варіантами наведено в таблиці 11.6.
 |
Рисунок 11.3 – Однолінійна схема електричної мережі напругою 10 кВ
Таблиця 11.6 – Параметри електричної мережі 10 кВ
| Варіант |  , кВА
|  ,кА
|  кВА
|  , кА
|
| 3,48 | 0,77 | |||
| 1,59 | 1,23 | |||
| 2,15 | 1,94 | |||
| 2,00 | 3,08 | |||
| 2,31 | 4,92 | |||
| 1,78 | 7,69 | |||
| 2,46 | 12,30 | |||
| 2,89 | 19,40 | |||
| 2,62 | 0,77 | |||
| 3,27 | 1,23 | |||
| 3,10 | 1,94 | |||
| 3,43 | 3,08 | |||
| 1,61 | 4,92 | |||
| 2,17 | 7.69 | |||
| 2,03 | 12,30 | |||
| 2,34 | 19,40 | |||
| 1,79 | 0,75 | |||
| 2,48 | 1,22 | |||
| 2,89 | 1,91 | |||
| 2,64 | 3,03 | |||
| 3,29 | 4,88 | |||
| 3,12 | 7,55 |
ЗАНЯТТЯ 12.
