Alegerea conductoarelor si aparatelor din schema principala a statiei electrice

Alegerea conductoarelor Si aparatelor din schema principalA a staTiei electrice

1. Calculul curentilor de scurtcircuit trifazat.

Pentru alegerea aparatelor, barelor, cablurilor, partilor de limitare a curentilor de scurtcircuit, a reactoarelor, este necesar de cunoscut curentul de scurtcircuit. Atunci e destul de cunoscut curentul trifazat de scurtcircuit in locul defectului. La calcule se determina componenta periodica de scurtcircuit pentru regimul mai incarcat de lucru a retelei.

Calculul componentei aperiodice se face aproximativ pentru ca ea are valoare maximala in faza ceruta

Calculul curentilor de scurtcircuit trifazat se face in urmatoarea ordine:

- pentru instalatia ceruta se alcatuieste schema de calcul;

- dupa schema de calcul se alcatuieste schema echivalenta

- pe calea transfigurarilor schema echivalenta este adusa in asa mod ca fiecare sursa de alimentare sau grupe de surse cu TEM rezultanta sa fie legata cu punctul de scurtcircuit; 

- se determina valoarea initiala a componentei periodice a curentului de scurtcircuit.

Se alcatuieste schema echivalenta a statiei si se reprezinta in figura 6.

Fig.6. Schema echivalenta a statiei.

Se calcula valorile reactantelor in unitati relative.

Se considera ca: S_b = 100 MVA.

pentru treapta de tensiune de 35 kV:

U_b = 37 kV;

kA.

pentru treapta de tensiune de 10 kV:

U_b = 10.5 kV;

kA.

Calculul valorilor reactantelor in unitati relative:

pentru sistem:

;

pentru linia electrica aeriana (LEA):

;

pentru transformatoare:

;

Transfigurarea schemei echivalente

scurtcircuit in punctul K₁:

Transfigurand schema echivalenta se ajunge la urmatoarea schema pentru un scurtcircuit in punctul K₁.

E_rez = E_s = 1;

In continuare se determina curentul supratranzitoriu in punctual K₁.

Se determina valoarea curentului de soc.

unde: k_soc este coeficientul de soc care se allege din tab. 3.8 pag. 150 [1],

k_soc =1.608 si T_a =0.02 s.

T_a - constanta de timp de amorizare.

scurtcircuit in punctul K₂:

E_rez = E_s = 1;

In continuare se determina curentul supratranzitoriu in punctual K

Se determina valoarea curentului de soc.

unde: k_soc este coeficientul de soc care se allege din tab. 3.8 pag. 150 [1],

k_soc =1.65 si T_a =0.025 s.

T_a - constanta de timp de amortizare.

Alegerea aparatelor de comutatie din schema principala a statiei electrice

1 Alegerea intreruptoarelor si separatoarelor la partea de tensiune superioara 35 kV.

Circuitele liniilor 35 kV:

La barele 35 kV sunt conectate n = 3 linii, S = 6 MVA.

Circuitele transformatoarelor:

Din tab. 5.2 pag. 242 [2] se alege intreruptorul cu ulei putin de tipul

cu parametrii nominali:

U_nom = 35 kV - tensiunea de lucu;

U_ST = 40.5 kV - suprasarcina de lucru;

I_nom = 1000 A - curentul nominal;

I_r,nom = 16 kA - curentul de rupere nominal;

i_ld = 45 kA - curentul limita dinamic;

I_ld = 26 kA

I_T = 16.5 kA - curentul tzermic;

t_T = 4 s - timpul termic;

t_p.d.d = 0.05 s - timpul propriu de declansare a intreruptorului;

t_t.d = 0.08 s - timpul total de deconectare;

t_p.c = 0.11 s - timpul propriu de conectare.

Verificarea intreruptorului.

τ - timpul separarii contactelor;

τ = t_pp + t_p.d.d = 0.01 + 0.05 = 0.06 s;

t_pp - timpul de pornire al protectiei, t_pp = 0.01 s;

Se determina curentul aperiodic i_a,τ:

Se determina curentul periodic I_p,τ:

Pentru a determina I_p,τ se utilizeaza metoda curbelor de tip.

mai intai se determina:

In acest caz punctul de scurtcircuit K₁ este indepartat si se considera ca:

Se determina curentul total de scurtcircuit.

Conditia se asigura:  i_sc,nom ≥ i_sc.

Stabilitatea electrodinamica.

i_ld = 45 kA > i_soc = 11.985 kA.

Stabilitatea electrotermica.

t_dec = t_t,d + t_pp - timpul declansarii curentului de sc;

t_dec =0.08 + 0.01 = 0.09 s;

B_sc - impulsul termic sau constanta de caldura degajata in contactele intreruptorului;

- cantitatea de caldura garantata de intreprindere, 1089 kA²∙s.

Din tab. 5.5 pag. 269 [2] se alege separatorul de tip exterior

cu urmatoarele date de catalog:

U_nom = 35 kV;

I_nom = 1000 A;

la cutitele principale.

la cutitele de legare la pamant.

Verificarea separatorului.

I_nom = 1000 A > I_cerut = 146 A.

Stabilitatea electrodinamica.

i_ld = 63 kA > i_soc = 11.985 kA.

Stabilitatea electrotermica.

= (25)₂∙4 = 2500 kA₂∙s.

Datele calculate si din catalog se introduc in tabelul 5.

Tabelul 5

Se mentioneaza ca deoarece curentii ceruti pentru linii si transformatoare difera putin unul de altul intreruptoarele si separatoarele instalate de partea tensiunii superioare (35 kV) vor fi de acelasi tip.

2 Alegerea intreruptoarelor si separatoarelor la partea de joasa tensiune U=10 kV.

Circuitele liniilor electrice de 10 kV:

De la barele 10 kV pleaca n = 6 linii, S = 6 MVA.

Circuitele transformatoarelor:

Din catalogul "Tavrida electric" se allege intrerupturul cu vid de tip

BB/TEL - 10 - 15/630 - care se instaleaza in celule prefabricate de tip interior (prezentata in figura 7), cu urmatorii parametri de catalog:

Fig.7 Celula prefabricata de tip interior, cu intreruptor pe carucior.

U_nom = 10 kV - tensiunea de lucru;

U_ST = 12 kV - suprasarcina de lucru;

I_nom = 630 A - curentul nominal;

I_r,nom = 15 kA - curentul de rupere nominal;

i_ld = 32 kA - curentul limita dinamic;

I_ld = 15 kA

I_T = 15 kA - curentul termic;

t_T = 3 s - timpul termic;

t_p.d.d = 0.015 s - timpul propriu de declansare a intreruptorului;

t_t.d = 0.03 s - timpul total de deconectare;

t_p.c = 0.07 s - timpul propriu de conectare;

β_n = 40 % - valoarea procentuala a curentului aperiodic in curentul de rupere.

Verificarea intreruptorului.

τ - timpul separarii contactelor;

τ = t_pp + t_p.d.d = 0.01 + 0.015 = 0.025 s;

t_pp - timpul de pornire al protectiei, t_pp = 0.01 s;

Se determina curentul aperiodic i_a,τ:

Se determina curentul periodic I_p,τ:

Pentru a determina I_p,τ se utilizeaza metoda curbelor de tip.

mai intai se determina:

In acest caz punctul de scurtcircuit K₂ este indepartat si se considera ca:

Se determina curentul total de scurtcircuit.

Conditia se asigura: i_sc,nom ≥ i_sc.

Stabilitatea electrodinamica.

i_ld = 32 kA > i_soc = 14.378 kA.

Stabilitatea electrotermica.

t_dec = t_t,d + t_pp - timpul declansarii curentului de sc;

t_dec =0.03 + 0.01 = 0.04 s;

B_sc - impulsul termic sau constanta de caldura degajata in contactele intreruptorului;

- cantitatea de caldura garantata de intreprindere, 468.75 kA²∙s.

Datele calculate si din catalog se introduc in tabelul 6.

Tabelul 6

3 Alegerea conductoarelor din schema principala a statiei electrice

Alegerea barelor colectoare la instalatia de distributie de 10 kV

Barele colectoare conform N.A.I.E. se aleg nu dupa densitatea economica, dar cu criteriul curentului admisibil (I_cerut I_adm).

Barele colectoare - 10 kV se vor indeplini din conductoare rigide (bare) din aluminiu (Al) de profil dreptunghiular.

Cunoscand I_cerut = 463 A, din anexa 3.4 [1] se alege bara rigida de profil dreptunghiular cu parametrii: (40 × 4) mm², .

Se considera ca temperatura mediului ambiant este θ₀ = 30 ⁰C, atunci curentul admisibil se va recalcula cu expresia:

- temperatura admisibila de incalzire a conductorului in regim permanent de functionare, conform N.A.I.E.

Deoarece nu se indeplineste conditia ca I_cerut I_adm (I_cerut = 463 > I_adm = 452 A) se allege urmatoarea bara rigida de acelasi profil: (40 × 5) mm², .

Conditia I_cerut I_adm (I_cerut = 463 > I_adm = 509 A) este satisfacuta.

Verificarea barelor colectoare la solicitari termice

Verificarea stabilitatii termice in regim de scurtcircuit se efectuiaza cu expresia:

B_sc= 47 kA²·s - impulsul termic;

C = 91 A·s^1/2/ mm² - conform tab. 3.14 pag 192 [1].

Sectiunea minimala admisibila a conductorului - bara se determina:

Conditia stabilitatii termice q_min = 17.3 mm² < q = 200 mm² se realizeaza.

Verificarea barelor colectoare la stabilitatea electrodinamica

Barele se plaseaza pe lat pe izolataarele suport conform desenului din fig.7.

Fig.8 Pozitionarea barelor pe izolatoare.

unde a = 0.8 m - distanta dintre faze (bare);.

l - distanta dintre izolatoare care se determina cu formula:

J - momentul de inertie, care se determina conform tab. 4.1 pag 223 [1]:

Se accepta pozarea pe lat a barelor cu distanta intre izolatoarea l = 1 m.

Verifivarea mecanica a barelor.

k_f = 1 - daca perimetrul barei este mai mic decat distanta dintre bare

(p =0.09 m < a = 0.8 m);

>

Deci barele colectoare alese sunt mecanic rezistente.

3.2 Alegerea izolatoarelor suport.

Conditiile de alegere a izolatoarelor suport sunt:

U_retea ≤ U_nom;

F_calc ≤ F_adm.

Din tab. 5.7 pag. 282 [2] se alege izolatorul suport de tipul u parametrii nominali:

U_nom = 10 kV;

U_adm = 12 kV;

U_incercari = 80 kV;

F_inc,n = 7.5 kN;

H_iz = 120 mm.

Verificarea izolatorului.

U_nom = 10 kV = U_retea = 10 kV.

Verificarea la stabilitatea mecanica.

<

Izolatorul ales corespunde cerintelor impuse la stabilitatea mecanica

3.3 Alegerea cablurilor la tensiunea 10 kV

Alimentarea consumatorilor se efectueaza prin n = 6 linii in cablu, pozate in pamant cate doua cabluri in transeu cu distanta dintre ele egala cu 200 mm.

Se determina sectiunea conform densitatii economice.

k_s - costul unui km de linie cu sectiunea de 1 mm² fe faza, ks = 100 $/(km∙mm²);

;

ani (pentru T_sn = 40 ani si i = 10 %);

p_ir - cota anuala din valoarea investitiei pentru exploatare, intretinere si reparatii,

pentru LEC - 10 kV p_ir = 3.50 % ( conform tab.3 [8]);

- rezistivitatea miezului din aluminiu, = 32 (Ω∙mm²/km);

- costul specific sumar al pierderilor variabile de putere si energie,

= 3702 $/km;

Din tab. 7.10 pag. 400 [2] se alege cablu cu sectiunea F = 95 mm² si .

Verificarea cablului.

verificarea in regim normal.

> A.

se considera ca cablurile se pozeaza in pamant cate doua, la distanta de 200 mm intre ele.

Se considera ca temperatura mediului ambiant este θ₀ = 15 ⁰C.

- temperatura admisibila de incalzire a cablului in regim permanent de functionare, conform N.A.I.E.

- temperatura nominala a mediului ambiant.

;

k₂ - coeficient de corectie la temperatura mediului, se determina:

sau se determina din tab. 7.18 pag. 409 [2], k₂ = 1.0.

k₁ - coeficient de corectie ce ia in consideratie numarul de cabluri plasate

alaturea, dupa tab. 7.18 [2] k₁ = 0.9

> I_cerut = 115.48 A.

verificarea stabilitatii termice a cablului.

B_sc= 47 kA²·s - impulsul termic;

C = 94 A·s^1/2/ mm² - conform tab. 3.14 pag 192 [1].

Sectiunea minimala admisibila a cablului se determina:

Conditia stabilitatii termice q_min = 17.3 mm² < q = 200 mm² se realizeaza. Este cert ca sectiunea cablului ales trece dupa stabilitatea termica.

3.4 Alegerea conductoarelor LEA la 35 kV

Alimentarea statiei electrice se face prin trei LEA. Deoarece tensiunea nominala este 35 kV LEA se vor echipa cu conductore de aluminiu de tip AC (AlOl) care vor fi pozate pe piloni cu distanta medie geometrica de 5 m. Sectiunea conductoarelor se determina dupa criteriul densitatii economice.

Cunoscand I_norm =33 A, sectiunea economica se determina cu expresia urmatoare:

k_s - costul unui km de linie cu sectiunea de 1 mm² fe faza, ks = 100 $/(km∙mm²);

;

ani (pentru T_sn = 40 ani si i = 10 %);

p_ir - cota anuala din valoarea investitiei pentru exploatare, intretinere si reparatii,

pentru LEA - 35 kV p_ir = 5.5 % ( conform tab.3 [8]);

- rezistivitatea miezului din aluminiu, = 32 (Ω∙mm²/km);

- costul specific sumar al pierderilor variabile de putere si energie,

= 3702 $/km;

Din tab. 7.35 pag. 428 [2] se alege conductor flexibil de tipul AC 50/8.0 cu urmatoarele caracteristici:

d₁ - diametrul conductorului, d₁ = 9.6 mm;

d₂ - diametrul firului de otel, d₂ = 3.8 mm;

.

Verificarea conductoarelor.

in regim normal de functionare

I_adm ≥ I_max (I_cerut) 210 A > 66 A.

la stabilitatea termica

B_sc= 3.055 kA²·s - impulsul termic;

C = 91 A·s^1/2/ mm² - conform tab. 3.14 pag 192 [1].

Sectiunea minimala admisibila a cablului se determina:

Conditia stabilitatii termice q_min = 19.21 mm² < q = 50 mm² se realizeaza. Este cert ca sectiunea condutorului ales trece dupa stabilitatea termica.

verificarea electrodinamica nu se face deorece componenta periodica a curentului de s.c. are a valoare mai mica ca 20 kA.

verificarea corona

Se determina tensiunea critica cu relatia:

unde r₀ - raza conductorului, r₀ = 0.48 cm;

m - coefficient ce ia in consideratie suprafata riguroasa a conductorului,

pentru conductoarere cu multe fire, m =0.82;

Se determina tensiunea in jurul conductorului:

D_mg = 250 cm - distanta medie geometrica dintre faze.

Conditia de verificare:

Asadar conditia de coronare se indeplineste.

3.5 Alegerea barelor la 35 kV

Deoarece tensiunea nominala este 35 kV barele se construiesc din conductoare flexibile din aluminiude tip AC (AlOl). Sectiunea barelor se determina dupa criteriul curentului admisibil.

Cunoscand I_cerut = 102 A din tab. 7.35 [2] se alege conductor flexibil de tipul

AC - 70/11 cu parametrii urmatori:

d₁ - diametrul conductorului, d₁ = 11.4 mm;

d₂ - diametrul firului de otel, d₂ = 3.8 mm;

.

Verificare barei flexibile se aseamama cu verificarea conductorului LEA - 35 kV, deci inseamna ca conditiile se vor indeplini.