Расчет сечений кабельных линий 20кВ для ТП - Проект Монтаж Строительство Инженерные сети Слаботочка

Расчет сечений кабельных линий 20кВ для ТП

Выполнили расчет кабельных линий для трансформаторной подстанции.

преокт расчет кабельных линий ТП трансформаторной

Расчет сечений кабельных линий 20кВ

Кабельные линии 20кВ от СП(РП)-2 до не входят в состав данного проекта, их длина должна быть уточнена на стадии разработки рабочей документации -ЭС, все нижеприведённые расчёты являются предварительными, и проведены для выбора и проверки сечений межсекционных и отходящих линий, уставок МТЗ в трансформаторных подстанциях.

Сечения кабельных линий выбираются расчётным путём по длительно-допустимому току и допустимой потере напряжения.

Исходные данные:

- способ прокладки: смешанный – в земле, в земле в трубах, в коробах, открыто в воздухе по кабеленесущим конструкциям;

- марка кабелей: АПвВнг(В)-LS 1х240/35 от СП(РП)-1 до ТП19 и от СП(РП)-2 до ТП16, межсекционные перемычки в трансформаторных подстанциях выполнены кабелями марки АПвВнг(В)-LS 1х120/35 – 20кВ, кабели от РУ-20кВ до трансформаторов в трансформаторных подстанциях выполняются кабелями марки АПвВнг(В)-LS 1х95/35 – 20кВ;

- максимальная длина КЛ-20кВ: от СП(РП)-2 до 1-й секции ТП19 – 1265м;

- максимальная нагрузка на любую кабельную линию, прокладываемую от СП(РП)-1 и СП(РП)-2 до трансформаторных подстанций в аварийном режиме

Sав=Sед.тп16+Sед.тп17+Sед.тп18+Sед.тп19 =1497,9+1259,1+1838,4+558,2=5153,6кВА;

- при максимальной нагрузке на межсекционную перемычку между РУ-20кВ в трансформаторных подстанциях

Sав=Sтп.2000кВА*Кперегр.=2000*1,1=2200кВА;

- при максимальной нагрузке на кабельную линию 20кВ между РУ-20кВ и трансформатором в трансформаторных подстанциях

Sав=Sтп.2000кВА*Кперегр.=2000*1,1=2200кВА

  1. Расчет сечения кабеля по длительно допустимому току

При максимальной нагрузке на любую из кабельных линий от СП(РП)-1 до ТП19 и от СП(РП)-2 до ТП16:

Iр.ав=Sав/(3^0,5*Uном)=5153,6/(3^0,5*20)=148,

    1. Способ прокладки кабелей – в земле и в земле в трубах

      Iдоп(земля)=Iдоп*к1=422*0,64=270,1А, где

      Iдоп=422А – токовая нагрузка кабеля марки АПвВнг(В)-LS 1х240/35 – 20кВ, прокладка в земле, расположение треугольником (для расчётов принимаем наихудший вариант) – по данным ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод;

      к1=0,64 – поправочный коэффициент на прокладку в земле и в земле в трубах.

      Условие Iр.ав=148,8< Iдоп(земля)= 270,08А выполнено, что удовлетворяет требованиям расчёта.

    2. Способ прокладки кабелей – в коробах

      Iдоп(короб)= Iдоп*к2=533*0,6=319,8А , где

      Iдоп=533А – токовая нагрузка кабеля марки АПвВнг(В)-LS 1х240/35 – 20кВ, прокладка в воздухе, расположение треугольником (для расчётов принимаем наихудший вариант) – по данным ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод;

      К2=0,6 – поправочный коэффициент (ПУЭ табл. 1.3.12).

      Условие Iр.ав=148,8< Iдоп(короб)= 319,8А выполнено, что удовлетворяет требованиям расчёта.

       

      При максимальной нагрузке на межсекционную перемычку между РУ-20кВ в трансформаторных подстанциях

      Iр.ав=Sав/(3^0,5*Uном)=2200/(3^0,5*20)=63,5А

      Способ прокладки кабелей – в кабельном техподполье

      Iдоп(техподполье)= Iдоп*к=348*0,67=233,2А , где

      Iдоп=348А – токовая нагрузка кабеля марки АПвВнг(В)-LS 1х120/35 – 20кВ, прокладка в воздухе, расположение треугольником (для расчётов принимаем наихудший вариант) – по данным ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод;

      К2=0,67 – поправочный коэффициент (ПУЭ табл. 1.3.12).

      Условие Iр.ав=63,5А<Iдоп(техподполье)=233,2А выполнено, что удовлетворяет требованиям расчёта.

       

      При максимальной нагрузке на кабельную линию между РУ-20кВ и трансформатором в трансформаторных подстанциях

      Iр.ав=Sав/(3^0,5*Uном)=2200/(3^0,5*20)=63,5А

      Способ прокладки кабелей – в кабельном техподполье

      Iдоп(техподполье)= Iдоп*к=301*0,6=201,7А , где

      Iдоп=301А – токовая нагрузка кабеля марки АПвВнг(В)-LS 1х95/35 – 20кВ, прокладка в воздухе, расположение треугольником (для расчётов принимаем наихудший вариант) – по данным ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод;

      К2=0,67 – поправочный коэффициент (ПУЭ табл. 1.3.12).

      Условие Iр.ав=63,5А<Iдоп(техподполье)=201,7А выполнено, что удовлетворяет требованиям расчёта.

 

  1. Расчет сечения кабеля по допустимой потере напряжения

Допустимое падение напряжения на кабельной линии 20кВ – не более 5%

В аварийном режиме на самом длинном участке состоящим из:

  1. Уч.1 - КЛ-20кВ от СП(РП)-2 до 1-й секции ТП16 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х240/35) – 20кВ, L1=1220м, Sав=5153,6, I1=148,8А;

  2. Уч.2 - КЛ-20кВ от 1-й секции ТП16 до 1-й секции ТП17 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х240/35) – 20кВ, L2=15м, Sав=3655,7, I2=105,5А;

  3. Уч.3 - КЛ-20кВ от 1-й секции ТП17 до 1-й секции ТП18 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х240/35) – 20кВ, L3=15м, Sав=2396,6, I3=69,2А;

  4. Уч.4 - КЛ-20кВ от 1-й секции ТП18 до 1-й секции ТП19 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х240/35) – 20кВ, L4=15м, Sав=558,2, I4=16,1А;

  5. Уч.5 - КЛ-20кВ от 1-й секции ТП19 до 2-й секции ТП19 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х120/35) – 20кВ, L5=9м, Sав=558,2, I5=16,1А;

  6. Уч.6 - КЛ-20кВ от 2-й секции ТП19 до трансформатора кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х95/35) – 20кВ L6=9м, Sав=558,2, I6=16,1А.

    dU(Уч.1)=√3*I(1)*L(1)*r0(1)*cosf(1)=√3*148,8*1,220*0,125*0,96=39,1В

    dU(Уч.2)=√3*I(2)*L(2)*r0(2)*cosf(2)=√3*105,5*0,015*0,125*0,96=0,33В

    dU(Уч.3)=√3*I(3)*L(3)*r0(3)*cosf(3)=√3*69,2*0,015*0,125*0,96=0,22В

    dU(Уч.4)=√3*I(4)*L(4)*r0(4)*cosf(4)=√3*16,1*0,015*0,125*0,96=0,05В

    dU(Уч.5)=√3*I(5)*L(5)*r0(5)*cosf(5)=√3*16,1*0,009*0,253*0,96=0,06В

    dU(Уч.6)=√3*I(6)*L(6)*r0(6)*cosf(6)=√3*16,1*0,009*0,320*0,96=0,08В

    dU%=(dU(Уч.1)+….+dU(Уч.6))*100/Uн=(39,1+0,33+0,22+0,05+0,06+0,08)*100/20000=0,199%<5% - условие выполнено.

 

  1. Проверка кабелей на термическую стойкость

Принимаем максимальное время срабатывания МТЗ на отходящих линиях в СП(РП)-1 и СП(РП)-2 0,7с. По данным ПД ООО «СИП-Энерго» шифр 01-12-4.1.3.1.ЭС.П9 «Электроснабжение Центрального стадиона «Динамо» максимальный трёхфазный ток КЗ на шинах СП(РП)-1 и СП(РП)-2 равняется 6,302кА.

Допустимые токи односекундного короткого замыкания кабелей марки АПвВнг(В)-LS 1х240/35 – 20кВ должны быть не более 22,7кА по данным ОАО «Электрокабель» Кольчугинский завод. Тепловой импульс для этого кабеля за время срабатывания МТЗ на отходящих линиях в СП(РП)-1 и СП(РП)-2 - Вд=22,72*0,7с=360,70кА2*с.

Межсекционные перемычки в трансформаторных подстанциях выполнены кабелями марки АПвВнг(В)-LS 1х120/35 – 20кВ. Тепловой импульс для этого кабеля за время срабатывания МТЗ на отходящих линиях в СП(РП)-1 и СП(РП)-2 -  Вд=11,32*0,7с=89,38кА2*с

Тепловой импульс от воздействия реального КЗ в СП(РП)-1 и СП(РП)-2 составляет 6,3022*0,7=27,80кА, что значительно меньше допустимого для кабеля АПвВнг(В)-LS 1х240/35–20кВ и для кабеля АПвВнг(В)-LS 1х120/35-20кВ.

Кабели от РУ-20кВ до трансформаторов в трансформаторных подстанциях выполнены кабелями марки АПвВнг(В)-LS 1х95/35 – 20кВ. Тепловой импульс для этого кабеля Вд=8,92*1с=79,21кА2*с. Принимаем максимальное время срабатывания МТЗ на отходящих линиях в трансформаторных подстанциях 0,4сек.

Реактивное сопротивление электрической системы при двойном КЗ на землю:

Кпн – коэффициент перенапряжения, равен 1,05;

Uн – номинальное напряжение, равно 20кВ;

Iкз(3) – максимальный ток трёхфазного КЗ на шинах СП(РП)-1 и СП(РП)-2, равен 6,302кА.

Активное сопротивление кабельной линии:

Rж – сопротивление жилы кабеля при t=90°C;

Rэ – сопротивление экрана кабеля при t=90°C;

m – коэффициент тока в экране, равен 0,9;

l – длина КЛ.

Активное сопротивление на самом длинном участке состоящим из:

  1. Уч.1 - КЛ-20кВ от СП(РП)-2 до 1-й секции ТП19 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х240/35) – 20кВ L1=1265м;

  2. Уч.2 - КЛ-20кВ от 1-й секции ТП19 до 2-й секции ТП19 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х120/35) – 20кВ L2=9м;

  3. Уч.3 - КЛ-20кВ от 2-й секции ТП19 до трансформатора кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х95/35) – 20кВ L3=9м.

    Rк∑=Rк(Уч.1)+Rк(Уч.2)+Rк(Уч.3)=(0,161+0,9*0,61/3)*1,265+(0,325+0,9*0,61/3)*0,009+(0,411+0,9*0,61/3)*0,009=0,445 Ом 

    X2c=1.05*2*20000/(3^0.5*6302)=3.84 Ом

Ток двойного короткого замыкания на землю:

I2к=1,05*20000/(3,84*3,84+0,445*0,445)^0,5=5432

Тепловой импульс от воздействия реального КЗ на конце Уч.3 составит 5,4322*0,4=11,8кА2*с, что значительно меньше допустимого для кабеля АПвВнг(В)-LS 1х95/35 – 20кВ значения 79,21кА2*с.

Активное сопротивление на самом коротком участке - КЛ-20кВ от СП(РП)-1 до ТП19 кабелями марки АПвВнг(В)-LS 3(1х240/35) – 20кВ L=30м составит Rк=(0,161+0,9*0,61/3)*0,030=0,010 Ом

Реактивное сопротивление электрической системы при двойном КЗ на землю:

X2c=1.05*2*20000/(3^0.5*6302)=3.84 Ом

Ток двойного короткого замыкания на землю в конце самого короткого участка от от СП(РП)-1 до ТП13:

I2к=1,05*20000/(3,84*3,84+0,010*0,010)^0,5=5469A

Тепловой импульс от воздействия реального КЗ на конце самого короткого участка составит 5,4692*0,4=11,96кА, что значительно меньше допустимого для кабеля АПвВнг(В)-LS 1х95/35 – 20кВ значения 79,21кА2*с.

Вывод:

Выбранные кабели соответствуют критерию термической стойкости.

 

  1. Расчёт токов КЗ на стороне 0,4кВ

Токи трёхфазного короткого замыкания вычисляются по формуле:

, где

Uk — напряжение короткого замыкания из пас­порта (паспортной таблички) трансформатора, %, для сухих трансформаторов 1000кВА и 2000кВА – 6%; 

Iном.тр. — номинальный ток трансформатора на сто­роне НН из паспорта трансформатора, А, для сухих трансформаторов 1000кВА – 1519А, для сухих трансформаторов 2000кВА – 3038А;

р = 100Sном. TP/SK (Sном. тр — номинальная мощность трансформатора из паспорта, MB-A; SK — мощ­ность трехфазного КЗ питающей энергосистемы в той точке, где подключен трансформатор).

Т.к. мощность энергосистемы относительно велика («бесконечна»), то р = 0

Итого ток трёхфазного короткого замыкания на стороне 0,4кВ трансформаторных подстанций:

- для ТП16, ТП17, ТП18  с тр-ми 2000кВА – Iк(3)=100*3038/6=50,633кА

- для ТП19 с тр-ми 1000кВА – Iк(3)=100*1519/6=25,317кА

 

Расчет термической стойкости экрана

Исходные данные:

- марка кабелей - АПвВнг(В)-LS 1х240/35 от СП(РП)-1 и СП(РП)-2 до трансформаторных подстанций, АПвВнг(В)-LS 1х120/35 в качестве межсекционных перемычек в трансформаторных подстанциях, кабели от РУ-20кВ до трансформаторов в трансформаторных подстанциях  - АПвВнг(В)-LS 1х95/35 – 20кВ;

- сечение экрана кабелей – 35м2;

- время срабатывания защиты в СП(РП)-1 и СП(РП)-2 – 0,7сек., время срабатывания защиты в трансформаторных подстанциях – 0,4сек.;

- материал экрана – медь;

- величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления токопроводящего

элемента при 0°С, b=234,5К (см.таблицу 1, ГОСТ Р МЭК 60949-2009);

- удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента при 20°С,sс=3,45х106 Дж/К×м3 (см.таблицу 1, ГОСТ Р МЭК 60949-2009);

- удельное электрическое сопротивление токопроводящего элемента при 20°С,

r20=1,7241х10-8 Ом×м, (см.таблицу 1, ГОСТ Р МЭК 60949-2009);

- постоянная, зависящая от материала токопроводящего элемента, К=226 (Ас1/2/мм2),

(см.таблицу 1, ГОСТ Р МЭК 60949-2009);

- температура экрана до короткого замыкания, Qi =70°С (данные «Камкабель»);

- температура экрана после короткого замыкания, Qf =350°С, (данные «Камкабель»);

- допустимое значение тока односекундного короткого замыкания в медном экране сечением 35 кв.мм кабеля с изоляцией из СПЭ, Iд.э=7,1 кА, (данные «Камкабель»).

Расчет термической стойкости экрана выполняется по ГОСТ Р МЭК 60949-2009.

Проверка экрана кабеля на термическую стойкость сводиться к выполнению условия:

Iд.э≥ IАД,

где Iд.э- допустимый ток короткого замыкания в медном экране, А;

IАД - ток короткого замыкания, вычисленный на основе адиабатического нагрева.

Формула адиабатического процесса нагрева имеет следующий общий вид:

где

t – время срабатывания зашиты кабельной линии, с;

К - постоянная, зависящая от материала токопроводящего элемента (Ас1/2/мм2)

S - площадь поперечного сечения токопроводящего элемента, мм2;

Qf - температура экрана после короткого замыкания, °С;

Qi - температура экрана до короткого замыкания, °С;

b - величина, обратная температурному коэффициенту сопротивления

токопроводящего элемента при 0 °С (К);

ln - loge;

sс - удельная объемная теплоемкость токопроводящего элемента при 20 °С, Дж/К×м3;

r20 - удельное электрическое сопротивление токопроводящего элемента при 20 °С,

Ом×м.

IАД=(226^2*35^2*ln((350+234,5)/(70+234,5))/0,7)^0,5=7,63к

Сравним тепловой импульс от тока КЗ через экран кабелей АПвВнг(В)-LS 1х240/35 от СП(РП)-1 и СП(РП)-2 до трансформаторных подстанций, АПвВнг(В)-LS 1х120/35 в качестве межсекционных перемычек в трансформаторных подстанциях при срабатывании защиты в СП(РП)-1 и СП(РП)-2 – 0,7сек.

(7,1*7,1)*1≥(7,63*7,63)*0,7

50,41 кА2с ≥40,75 кА2с

Сравним тепловой импульс от тока КЗ через экран кабелей АПвВнг(В)-LS 1х95/35 от трансформаторных подстанций до трансформаторов при срабатывании защиты в трансформаторных – 0,4сек.

(7,1*7,1)*1≥(7,63*7,63)*0,4

50,41 кА2с ≥23,29кА2с

Вывод:

Выбранные кабели с экраном сечением 35мм2 соответствуют критерию термической стойкости.