Исходные данные
Для проверочного расчета оборудования тяговой подстанции исходные данные приведены в таблицах 1.1 и 1.2.
Таблица 1.1 – Расчетные параметры.
| Параметр | Значение |
| Тип подстанции | отпаечная |
| Уровень напряжения питающего РУ, кВ | |
| Мощность короткого замыкания на шинах питающего РУ в максимальном режиме, кВА | 1325,183 |
| Максимальный ток короткого замыкания на шинах питающего РУ, кА | 6,653 |
| Род тока на РУ питающем тяговую сеть | постоянный |
| Максимальная двухчасовая мощность на тягу поездов, кВт | |
| Максимальный ток инвертора ТП, А -в течение 15 мин один раз в час -в течение 2 минут один раз в час | 1900* 2400* |
Таблица 1.2 - Данные нагрузок по фидерам 6 кВ
| № фидера | Мощность нагрузки, кВА |
| ПЭ1 | |
| ПЭ2 |
2. Реконструкция тяговой подстанции с
выпрямительно-инверторными преобразователями
Анализ оборудования существующего РУ-3,3кВ
За время эксплуатации тяговой подстанции Маховатня, её оборудование неоднократно подвергалось частичной реконструкции. На текущий момент на ней эксплуатируются устройства различные по типу и годам выпуска (см. приложение А1). Все эти устройства определённым образом связаны между собой и с различной степенью интеграции в процесс эксплуатации выполняют свои функции.
Многие перспективные функции одних установленных устройств, не могут быть реализованы в полной мере в силу их неоднородности и морального устаревания других устройств.
Для примера: терминал ИнТер разработан для интеграции в цепи управления таких быстродействующих выключателей, как ВАБ-49 или
ВАБ-206, но таких на данной ТП нет в наличии. Напротив, интеграция с
ВАБ-43 снижает надёжность и функциональность обоих устройств.
|
|
Катодные быстродействующие выключатели АБ-2/4 и ВАБ-28 подлежат замене ввиду их изношенности и морального устаревания. Для данных БВ комплекты ЗИП не производятся, следовательно восстановление коммутационного ресурса и повышение надёжности невозможно.
ВАБ-43 за время своей работы зарекомендовал себя с хорошей стороны. Эксплуатация совместно с устройством УР-2 показала низкий износ контактов ВАБ-43. Но ввиду прекращения производства этого быстродействующего выключателя промышленностью, необходимо предусмотреть его замену на более новый и имеющий возможность интеграции с ИнТер – ВАБ-206.
Устройство разрядное УР-2 подлежит замене в виду использования устаревших элементов на более новый и технологичный УР-3. В отличие от УР-2, имеющего четыре разрядных ветви, устаревшие нерегулируемые пороговые элементы и маломощные тиристоры, УР-3 имеет одну ветвь управляемую мощным тиристором и перспективным пороговым элементом.
Таблица 2.1 Оборудование установленное и предлагаемое к замене
| Наименование | Тип заменяемого оборудования | Год установки | количество | Вид работ | Тип устанавливаемого оборудования |
| Тяговый тр-р 6-пульс. мостовая сх. | ТДП-12500/10ИУ1 | Не треб. | ТДП-12500/10ИУ1* | ||
| Тяговый тр-р 6-пульс. нулевая сх. | ТДРУ-20000/10Ж | Демонт. монтаж | ТДП-12500/10У1 | ||
| Выпрямитель 6-пульс. мостовая сх. | ПВЭ-3м | ВТПЕД | |||
| Выпрямитель 6-пульс. нулевая сх | ПВЭ-3м | ВТПЕД | |||
| Инвертор 6-пульс. мостовая сх. | И-ПТП-1,6к-3,8к-50-УХЛ4 И-ПТП-2,4к-3,8к-50-УХЛ4 | 2011 1989 | 1 1 | И-ПТП-1,6к-3,8к-50-УХЛ4* И-ПТП-1,6к-3,8к-50-УХЛ4 | |
| Выключатель переменного тока | ВМПЭ-10-20/1000 | ВМПЭ-10-20/1000* оборудование БМРЗ | |||
| Быстродействующий катодный выключатель | АБ2/4 ВАБ-28-3000/30-К | 4 5 | ВАБ-49-4000/30-к ВАБ-49-4000/30-к оборудование ИнТер | ||
| Быстродействующий катодный выключатель | ВАБ-43-4000/30-Л оборудован ИнТер | ВАБ-206-4000/30-л оборудование ИнТер* | |||
| Защита релейная трансформатора | релейная без накопления с фиксацией аварийных режимов | БМРЗ | |||
| Защита выпрямителя | релейная без накопления с фиксацией аварийных режимов | АЗДП; ИнТер | |||
| Защита инвертора | Электронная без накопления и фиксации аварийных режимов | Электронная*, ИнТер | |||
| Устройство разрядное | УР-2 УРИ Защита ВИП | УР-3 УРИ Защита ВИП | |||
| Ограничители перенапряжений | РБК-3,3, РВКУ-3,3, РВПК-3,3 ОПН-3,3 | ОПН-3,3- | |||
| Сглаживающее Устройство | однозвенное | Однозвенное с резонансно-апериодическим контуром |
|
|
*-установленное оборудование не требует замены
Однозвенное сглаживающее устройство с тремя резонансными контурами и одним ёмкостным подлежит замене на однозвенное ёмкостное с резонансно-апериодическим контуром, имеющим ряд преимуществ.
Анализ схем ВИП
2.2.1. Сравнение выпрямительных преобразователей и выбор выпрямителя.
Одними из главных недостатков выпрямителя ПВЭ-3м являются те, что связанны с использованием большого числа вентилей (540 шт.)
¾ большие тепловые потери в вентилях,
¾ низкая расчётная надёжность
¾ экономически нецелесообразное повышение надёжности за счёт увеличения количества вентилей сверх необходимого.
|
|
Кроме того отсутствие эффективной схемы защиты от пробоя, перегрева вентилей преобразователя и необходимость беспрерывного принудительного охлаждения являются слабыми сторонами ПВЭ-3м.
Подлежат замене: установленные 6-пульсовые преобразовательные агрегаты типа ПВЭ-3м на 6-пульсовые преобразовательные агрегаты типа В-ТПЕД-Ж-3,15к-3,3к, конструкция которого избавлена от вышеуказанных недостатков. Установленный тяговый трансформатор типа ТДРУ-20000/10Ж с соединением обмоток по нулевой схеме на тяговый трансформатор, для питания 6-пульсовых преобразовательных агрегатов, типа ТДП-12500/10ЖУ1 для мостовой схемы включения выпрямителя.
Устаревшие разрядники РБК-3,3, РВКУ-3,3 кВ, РВПК-3,3 кВ защищающие преобразователи, меняем на нелинейные ограничители перенапряжения ОПН-3/3,8 -10/400(I)УХЛ1. Вновь установленные ОПН имеют параметры, позволяющие надёжнее защитить оборудование тяговой подстанции от атмосферных перенапряжений.
Таблица 2.2 – Основные технические параметры выпрямителей
| Параметр | ПВЭ-3м,: | В-ТПЕД-3,15к-3,3к | В-МПП-Д-3,15к-3,3к |
| Номинальный ток на выходе выпрямителя (ср.зн.), А | |||
| Номинальное напряжение на выходе выпрямителя (ср. зн.), В | |||
| Наибольшее напряжение на выходе выпрямителя (ср. зн.), В | |||
| Номинальная частота тока на входе выпрямителя, Гц | |||
| Номинальная мощность на выходе выпрямителя, кВт | |||
| КПД без учета трансформаторного оборудования, % не менее | 99,5 | 99,5 | |
| соs j:для мостовой трехфазной схемы, не менее | нулевая | 0,93 | 0,93 |
| Количество диодов | |||
| Тип диодов | ДЛ123-320-13 | Д453-2000-24 | Д183-4000-42 |
| Тип защиты диодов | индикация | герконовая | герконовая |
| Вид охлаждения | Принудительное воздушное | Естественное | Принудительное воздушное |
| Допустимые параметры | |||||
| на шинах постоянного тока | |||||
| на шинах переменного тока | |||||
| Длительность перенапряжения, мс, не более | |||||
| Напряжение питания оперативных цепей постоянного тока, В | 110, 220 | 90-350 | 90-350 | ||
| Напряжение питания оперативных цепей переменного тока, В | 110, 220 | 85-264 | 85-264 | ||
| Мощность, потребляемая от сети СН Ватт не более | |||||
| Предельные параметры. | |||||
| 1р в 2ч в течение 15 минут | 125% | 125% | 125% | ||
| 1р в 1ч в течение 2 минут | 150% | 150% | 150% | ||
| 1р в 2мин в течение 10 секунд | 200% | 200% | 200% | ||
| Вид охлаждения | Принудительное воздушное | Естественное | Принудительное воздушное | ||
| Габаритные размеры Длина, мм, не более Ширина, мм, не более Высота, мм, не более | |||||
| Масса выпрямителя, не более | |||||
В таблице 2.2 приведены технические параметры существующих и предлагаемых к замене тяговых выпрямительных преобразователей. Как видно из таблицы, предлагаемые к установке выпрямители выгодно отличаются от используемых на тяговой подстанции, устаревших ПВЭ-3м.
Тепловые потери в преобразователях рассчитываются по формуле
ΔРП=kсх 
Надёжность преобразователей рассчитываются по формуле
Таблица 2.3
| Параметр | ПВЭ-3м,: | В-ТПЕД-3,15к-3,3к | В-МПП-Д-3,15к-3,3к |
| Тепловые потери в вентилях | |||
| Потери мощности на вентиляцию | |||
| Расчётная надёжность выпрямителя |
Рисунок 2.1 – Соединение диодных шкафов для 6-пульсового исполнения
В-ТПЕД
Главным отличием выпрямителей является тип диодов, используемых в них. В зависимости от технического задания, производитель добивается требуемых параметров применяя прогрессивные технологии и материалы. Вентили более высокого класса напряжения и номинального тока позволяют упростить схему их включения и улучшить эксплуатационные свойства.
Производитель готов по желанию заказчика вносить необходимые изменения в конструкцию изделия, нее ухудшающие его эксплуатационные качества.
2.2.2. Выбор числа выпрямителей
Число и тип преобразовательных агрегатов и трансформаторов определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции согласно расчётным значениям.
Расчетное количество выпрямительных преобразователей определяется как
(1.4)
где IdТП – значение выпрямленного тока подстанции;
Idн – номинальный выпрямленный ток принятого типа выпрямителя.
Значение заданного выпрямленного тока подстанции IdТП определяется по формуле
(1.5)
где Udн – номинальное выпрямленное напряжение на шинах подстанций;
РТ – заданное значение мощности на тягу поездов.
= 3257,6 А,
= 1,03
Полученное значение NВ.РАСЧ округляем до большего целого значения, кроме того, дополнительно к основным преобразователям принимается по одному резервному. На подстанции в данный момент установлено два выпрямительно-инверторных преобразователя и один выпрямительный преобразователь. Количество установленных выпрямителей на подстанции является достаточным.
2.2.3. Сравнение инверторных преобразователей и выбор инвертора
Выпрямительно-инверторный преобразователь для электрифицированных железных дорог (ВИПЭ-2У3). В выпрямительном режиме он был рассчитан на номинальное напряжение 3300 В и номинальный ток 2500 А, а в инверторном соответственно – на 3800 В и 1600 А. Система управления ВИПЭ-2У3 обеспечивает импульсно-фазовое управление тиристорами, контроль, защиту и сигнализацию о работе преобразователя, получение горизонтальных и падающих внешних характеристик инвертора.
Буквенные обозначения инвертора И-ПТП-2,4к-4к-3/Х У3: И – инвертор; П – постоянный ток на входе; Т – трехфазный переменный ток на выходе; П – принудительное воздушное охлаждение полупроводниковых приборов; отсутствие следующей буквы говорит о том, что в качестве полупроводниковых приборов применены тиристоры; 2,4к – номинальный инвертируемый ток в кА; 4к – номинальное инвертируемое напряжение в кВ; 3 – код модификации; Х – тип схемы инвертирования: 6 – 6-пульсовая мостовая, 12 – 12-пульсовая последовательного типа; У – для умеренного климата; 3 – внутренняя установка).
В таблице ниже приведены технические характеристики инверторов.
Таблица 2.4– Технические характеристики инвертора И-ПТП-2,4к-4к
| Параметр | ВИПЭ-2У3 | И-ПТП-2,4к-4к | И-ПТП-2,0к-4к | И-ПТП-1,6к-4к |
| Номинальное инвертируемое напряжение, В | ||||
| Номинальный инвертируемый ток, А | ||||
| Диапазон изменения уровня стабилизации напряжения инвертора, В | 3700…3900 | 3700…3900 | 3700…3900 | 3700…3900 |
| Охлаждение | Принудительное воздушное | Принудительное воздушное на тепловых трубах | Принудительное воздушное на тепловых трубах | Принудительное воздушное на тепловых трубах |
| Установка | Внутренняя | Внутренняя | Внутренняя | Внутренняя |
| Схема выпрямления | 6 или 12 пульсов | 6 или 12 пульсов | 6 или 12 пульсов | 6 или 12 пульсов |
| Общее количество тиристоров, шт | ||||
| Тип применяемых тиристоров, шт | Т15-250-12 | Т253-1250-18 | Т273-1250-46 | Т273-1250-46 |
| Количество тиристоров в полуфазе, шт | ||||
| Масса, кг | ||||
| Габаритные размеры | Блок силовой: 6600х1410х3000 Шкафы выходных каскадов: 800х900х2250 | 3890х1000х2200 | 2100х1300х2400 | 2100х1300х2400 |
| Наличие максимальной токовой защиты | + | + | + | |
| Наличие защиты от пробоя тиристоров | + | + | + | |
| Наличие защиты от нарушения режима охлаждения | + | + | + | |
| Наличие защиты от перегрева тиристоров | + | + | – | |
| Реализация АПВ после аварийного отключения | + | + | + | |
| автоматическое обнаружение режима рекуперации | ||||
| плавный пуск | ||||
| управление внешней характеристикой инвертора |
Таблица 3.1 – Основные технические параметры И-ПТП-1,6к-3,8к-50
| № | Наименование параметра | ВИПЭ-2У3 | И-ПТП-1,6к-3,8к-50 | И-ПТП-2,4к-3,8к-50 | |||
| Номинальная выходная частота, Гц | |||||||
| Номинальное напряжение на стороне постоянного тока, кВ | 3,8 | 3,8 | 3,8 | ||||
| Номинальное напряжение на стороне переменного тока, кВ | 4,0 | 4,0 | 4,0 | ||||
| Число фаз выходного напряжения | |||||||
| Диапазон изменения уровня стабилизации напряжения инвертора, В | 3700…3900 | 3700…3900 | |||||
| Номинальный инвертируемый ток, кА | 1,6 | 2,4 | |||||
| Номинальная инвертируемая мощность, кВт | |||||||
| Напряжение питания сети собственных нужда, В | Оперативных цепей | Постоянного тока Переменного тока | от 90 до 350 от 100 до 240 | от 90 до 350 от 100 до 240 | |||
| Двигателей электровентиляторов | Переменного тока частотой 50 Гц | 198-242 | 198-242 | ||||
| Мощность потребляемая от сети собственных нужд, Вт, не более | Оперативных цепей | ||||||
| Двигателей электровентиляторов | |||||||
| Допустимые импульсные перегрузки по току от номинального значения, % | |||||||
| -в течение 15 мин один раз в час -в течение 2 минут один раз в час -в течение 10 с один раз в 2 мин | 125* 150* | 125* 150* 200* | 125* 150* 200* | ||||
| охлаждение | принудительное | комбинированное | принудительное | ||||
| Количество вентилей | |||||||
В инверторе предусмотрена реализация ряда функций:
- автоматическое обнаружение режима рекуперации. Производится с помощью датчика напряжения, установленного на входе инвертора и подключенного к шинам постоянного тока «+» и «-»;
- реализация автоматического повторного включения (АПВ). Это позволяет уменьшить время возврата в работу инвертора и снизить вероятность повреждаемости тиристоров;
- плавный пуск при включении инвертора, что позволяет уменьшить броски тока и перенапряжения в контактной сети;
- управление внешней характеристикой инвертора (стабилизация и наклон);
- обнаружение пробоя тиристора в плече инвертора осуществляется с момента подачи силового питающего напряжения;
- контроль теплового состояния тиристоров осуществляется при помощи инфракрасных датчиков температуры и при помощи микропроцессорной системы измерения температуры;
2.2.4. Выбор числа инверторов
Число и тип инверторных преобразовательных агрегатов определяются числом и типом преобразователей, которые должны быть установлены на подстанции согласно расчётным значениям.
Расчетное количество выпрямительных преобразователей определяется как
(1.4)
где IИТП – значение принятого тока рекуперации подстанцией;
Id’н – номинальный ток рекуперации принятого типа инвертора.
Значение заданного принятого мощности рекуперации подстанции 
определяется по формуле
(1.5)
где k в– коэффициент возврата рекуперативной энергии в сеть для данного участка пути равным 0,42;
– заданное значение мощности на тягу поездов.
= 4515 кВт,
= 0,65»1
Полученное значение NВ.РАСЧ округляем до большего целого значения, кроме того, дополнительно к основным инверторным преобразователям принимается по одному резервному.
Согласно расчётам достаточно использование двух инверторных преобразователей.
2.2.5. Выбор преобразовательного трансформатора
Масляные трансформаторы ТДП-12500/…ЖУ1, ТДП-16000/…ЖУ1, ТДП-20000/…У1
Трансформаторы с расщепленной обмоткой по мостовой 12-фазной схеме выпрямления типа ТРДП-12500/10ЖУ1, ТРДП-16000/10ЖУ1 предназначены для электрифицированного железнодорожного транспорта (с последовательным соединением преобразовательных секций).
Трехфазные масляные трансформаторы применяются на тяговых подстанциях электрифицированных железных дорог и предназначены для питания: выпрямительно-инверторных секций по мостовой шестипульсовой схеме – ТМП-6300/35ИУ1, ТДП-12500/10ИУ1, по мостовой двенадцатипульсовой схеме – ТРДТП-20000/35ИУ1; выпрямительных секций по двенадцатипульсовой схеме – ТРДП-12500/10ЖУ1, ТРДП-12500/35ЖУ1, ТРДП-16000/10ЖУ1, ТРДП-16000/35ЖУ1. Трансформаторы ТРДП-16000/10ЖУ1 и ТРДП-16000/35ЖУ1 при этом обеспечивают плавное бесконтактное регулирование напряжения преобразователя под нагрузкой посредством управляемых реакторов и шкафов управления.
| Серия, тип | Назначение | Выпрямленный ток, А | Выпрямленное напряжение, В | Номинальная мощность сетевой обмотки, кВА | Номинальное напряжение, кВ | Масса масла, т | Масса общая, т |
| Трансформаторы с расщеплёнными обмотками по мостовой 12-фазной схеме выпрямления (ПБВ± 5 %) | |||||||
| ТРДП-12500/10ЖУ1 | Для электрифицированного железнодорожного транспорта (с последовательным соединением преобразовательных секций) | 6; 6,3; 10; 10,5 | 4,5 | 22,5 | |||
| ТРДП-12500/35ЖУ1 | 35; 38,5 | 4,72 | |||||
| ТРДП-16000/10ЖУ1 | 2000* | 10,5 | 5,87 | 25,9 | |||
| ТРДП-16000/35ЖУ1 | 5,85 | 25,4 | |||||
| Трансформаторы трёхобмоточные с расщеплёнными обмотками по мостовой 12-фазной схеме выпрямления (ПБВ± 5 %) | |||||||
| ТРДТП-20000/35ИУ1 | Для выпрямительно-инверторных преобразователей электрифицированных железных дорог | 1600*/3150 | 3800*/3300 | 6500*/11000 | 6,3; 10,5; 35 | 8,45 | 28,4 |
*параметры в инверторном режиме
Сухие преобразовательные трансформаторы ТРCЗП-12500/10ЖУ1
Т – трансформатор трехфазный, Р – с расщепленной вторичной обмоткой, С – сухой с естественным воздушным охлаждением при защищенном исполнении, П – специфическая область применения, преобразовательный, 12500 – типовая мощность в кВт, 10 – первичное напряжение в кВ, Ж – для электрифицированного железнодорожного транспорта, У – климатическое исполнение: умеренный, 1 - для размещения на открытом воздухе.
1.5.3 Проверка токоведущих частей
Сечение сталеалюминевых проводов (АС) для ОРУ и алюминиевых шин для ЗРУ выбирается по условию
IДОП ³ IР МАХ, (1.29)
где IДОП – максимально допустимый ток проводника выбранного сечения:
гибкие сталеалюминиевые провода круглого сечения,
алюминиевые шины прямоугольного сечения;
IР МАХ – рабочий максимальный ток данного присоединения.
Так как токоведущие части ОРУ находятся на открытом воздухе и подвешиваются на гирляндах подвесных изоляторов, то проверка на термическую и электродинамическую стойкость для них не производится.
Токоведущие части ОРУ–110кВ проверяются по условию коронирования.
По этому условию сечение проводов при напряжении 110 кВ должно быть не менее 70 мм2.
На расчетной тяговой подстанции ввод и перемычки РУ – 110 кВ выполнены гибким сталеалюминевым проводом АС – 95, для которого IДОП = 330 А [1].
Проверка провода по максимальному рабочему току по условию
330 > 52,486А.
Провод АС – 95 проходит проверки, поэтому нет необходимости в его замене другим.
Данные расчетов сведем в таблицу П.А.6.
При выборе сечения алюминиевых шин прямоугольного сечения учитывают их расположение в РУ “на ребро” или “плашмя” (рисунок 1.1). Если шины расположены “плашмя”, то их допустимый ток уменьшается: при h£60 мм – I/ДОП = 0,95.IДОП; при h > 60 мм - I/ДОП = 0,92.IДОП.
Рисунок 1.1 – Расположение шин в распредустройствах:
а) “плашмя”, б) “на ребро”
Ошиновки и сборные шины проверяются на термическую и электродинамическую стойкость по аварийному режиму короткого замыкания. Для проверки на электродинамическую устойчивость нужно определить наибольшее значение силы, действующей при трехфазном коротком замыкании на длине пролета
,(1.30)
где iуд - ударный ток в РУ соответствующего напряжения, кА;
l -длина пролета (расстояние между соседними опорными изоляторами),равное 1 м;
a -расстояние между осями шин разных фаз, ориентировочно
принимаемое 0,25 м.
Далее шина рассматривается как многопролетная балка, лежащая свободно на изоляторах, жестко закрепленная только на одном из них. В этом случае наибольший изгибающий момент, действующий на шину, определяется по формуле
, (1.31)
После этого рассчитывается момент сопротивления сечения проводника W относительно оси инерции, перпендикулярной плоскости их расположения. При расположении проводников «на ребро»
W = 
(1.32)
а при расположении проводников «плашмя»
(1.33)
где b и h - ширина и высота сечения шины соответственно, мм.
Наибольшее расчетное механическое напряжение в материале шин:
(1.34)
где W - момент сопротивления сечения шины, м3.
Момент сопротивления прямоугольных шин определяется выражением:
Наибольшее расчетное напряжение не должно превышать допустимого напряжения, равного 65 МПА
(1.35)
При проверке шин закрытых РУ на термическую устойчивость определяется минимальное сечение шин при нагревании до максимальной температуры
, (1.36)
где Вk – полный тепловой импульс тока короткого замыкания, А2.с;
С – коэффициент перевода, зависящий от материала проводника, для
алюминия 90 А.с1/2/мм2.
ВК = I2 
· (tЗАЩ + tСВ + tГ + ТА), (1.37)
где I– суммарное значение периодического тока короткого замыкания
в нулевой момент времени, А;
tЗАЩ – время действия релейной защиты, равно 1,5с;
tСВ – собственное время отключения выключателя, принимаем 0,1с;
tГ – время гашения дуги, равно 0,05с;
ТА – постоянная времени, можно принять равной 0,05с.
Условие термической устойчивости выполняется, если выбранное сечение шин больше минимального, рассчитанного по (1.36)
, (1.38)
qВ = b ∙ h, мм2. (1.39)
Все элементы РУ – 6 кВ выполнены алюминиевыми шинами, по две сечением 80х6, для которых IДОП =1150 А [1].
Ввод РУ-6кВ:
iУД =20,746/2=10,373 кА,
По формуле (1.29):
IДОП = 1150 А ³ IР МАХ= 470,450 А.
Проверяем алюминиевую шину АДО 80х6.
По формуле (1.30) проверка шины на электродинамическую устойчивость:
F = 
.20,7462. 
= 298,187 Н.
По формуле (1.31) находим наибольший изгибающий момент
Н.м.
По формуле (1.32) находим момент сопротивления:
мм3.
По формуле (1.34) находим наибольшее расчетное напряжение
· 103 = 62,122 МПА.
Условие (1.35) выполняется, так как 65 ≥ 62,122 МПА.
Следовательно, выбранная шина проходит проверку на электродинамическую устойчивость. Оставляем её в положении «на ребро».
Проверяем на термическую устойчивость.
ВК = 8,1432· (1,5 + 0,1 + 0,05 + 0,05) = 112,724 · 106 А2с,
qВЫБ = 6×80 = 480 мм 3,
мм2.
По формуле (1.38) 117,968 мм2 £ 480 мм2.
Следовательно, выбранная шина проходит по всем параметрам, и их замена не производится. Для остальных присоединений произведем аналогичную проверку и сведем данные в таблицу П.А.7.
Установленные на тяговой подстанции шины отвечают заданным нагрузкам и замене не подлежат.
1.5.4 Выбор изоляторов
Сталеалюминевые провода ОРУ подвешиваются на одинарных гирляндах, составленных из подвесных изоляторов типа ПС-6А (подвесной, стеклянный), 60 кН – разрушающая нагрузка. Выбираем ПС-6А.
Изоляторы ОРУ на коронирование, электродинамическую и термическую устойчивость не проверяются.
Токоведущие части ЗРУ (алюминиевые шины) крепятся на опорных изоляторах марки ИО. Обозначение изоляторов, например ИО-6-3,75У3. И - изолятор, О - опорный, 6 - номинальное напряжение в кВ, 3,75 - наименьшая разрушающая нагрузка при изгибе в кН, У3 - для внутренней установки [1-2].
Выбор опорных изоляторов производится по условию
UУСТ £ UН, (1.40)
где UУСТ – номинальное напряжение распредустройства;
UН – номинальное напряжение изолятора.
Проверка выбора опорных изоляторов производится по механической прочности при протекании по шинам ударного тока К.З. Условие проверки
FРАСЧ £ 0,6.FРАЗР, (1.41)
где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по шинам
ударного тока К.З.;
FРАЗР – наименьшая разрушающая нагрузка изолятора при изгибе.
FРАСЧ = 
, (1.42)
где iУД – ударный ток, кА;
l – расстояние между осями изоляторов равное 1м;
Кh – поправочный коэффициент. Для шин расположенных «на ребро»
Кh =1,46.
С учетом вышесказанного проверяем опорные изоляторы в ЗРУ-6 кВ.
По условию (1.41) проверяем опорный изолятор ИО-6-3,75У3 (UНОМ =6 кВ, FРАЗР = 3,75 кН)
По формуле (1.42)
FРАСЧ = 
= 435,353 Н;
435,353Н £ 0,6.3,75 = 2,25 кН.
Условие (1.41) выполняется. Поэтому в ЗРУ-6 кВ остаются опорные изоляторы ИО-6-3,75 У3.
Проходные изоляторы используют при входе в здание или выходе из здания токоведущих частей. Проверка изоляторов производится по условиям формулы (1.29) и (1.40).
Проходные изоляторы ЗРУ переменного тока проверяются на электродинамическую стойкость, то есть на механическую прочность при протекании по проводникам ударного тока короткого замыкания.
Условие проверки
F РАСЧ £ 1,2·FРАЗР. (1.43)
где FРАСЧ – сила, действующая на изолятор при протекании по
проводникам ударного тока короткого замыкания;
FРАЗР – наименьшая разрушающая изолятор нагрузка при изгибе.
Проверяем проходные изоляторы ИПЛ-10/1250-750У2.
По формуле (1.40) 6 кВ £ 10 кВ,
по формуле (1.29) 940,898А £ 1250 А,
по формуле (1.43) 435,353 Н £ 1,2·3,75 = 4 кН.
На основании произведенных расчетов остаются проходные изоляторы ИПЛ-10/1250-750У2. Результаты проверки изоляторов сведем в таблицу П.А.8.
Установленные на тяговой подстанции изоляторы отвечают заданным нагрузкам и замене не подлежат.
2.3. Расчет параметров и выбор защит ВИП
2.3.1. Расчёт максимальной токовой защиты c выдержкой времени и токовой отсечки
Максимальная токовая защита (МТЗ) от перегрузки c действием нa сигнал выполняют в двухфазном двухpелейнoм исполнении на реле PТ-40 c выдержкой времени 0,3-0,5 c, устанавливается c сетевой стороны преобразовательного трансформатора. Расчёт для 12-ти пульсовой схемы последовательного типа в следующем порядке [13].
Находим ток срабатывания защиты по формуле:
(2.1)
где IdH –номинальный ток выпрямителя, A;
КП – коэффициент допускаемой перегрузки выпрямителя, Кп =1,5 [13];
КТ – коэффициент трансформации трансформатора, КТ = 7,66 [13].
Ток срабатывания реле определяется из выражения
(2.2)
Коэффициент чувствительности МТЗ найдём по следующей формуле
(2.3)
где I(2)k.min, I(3)k.min – минимальный ток двухфазного или трёхфазного короткого замыкания на выводах вторичной обмотки тягового трансформатора.
По току срабатывания реле 
для МТЗ выбираем реле PТ-40/10 c параллельным соединением катушек и сопротивлением Zp =0,02 Oм [13].
Токовая отсечка выполняется в двухфазном двухpелейнoм исполнении на реле PТ-40 и действует без выдержки времени. Защита не должна срабатывать от бросков тока намагничивания при включении преобразовательного трансформатора на холостой ход.
Первичный ток срабатывания защиты
A, (2.4)
где I н1 – номинальный ток первичной обмотки тягового трансформатора.
Ток срабатывания реле определяется по формуле (2.2).
A.
Коэффициент чувствительности токовой отсечки
, (2.5)
.
Так как условие (2.5) выполняется, Выбираем реле, по току срабатывания реле, типа PТ-40/50 c последовательным соединением катушек c сопротивлением Zp =0,0013 Oм [13]..
2.3.2. Расчёт защит от перегрузки и тока срабатывания реле AВOP агрегата
Ток срабатывания реле защиты от перегрузки преобразовательного трансформатора и преобразователя производится по формулам 2.1 и 2.2 при Кп =1,3 [13].
Выбираем pеле PТ-40/20, пo тoку срабатывания pеле, c последовательным coединением кaтушек c сопротивлением Zp =0,02 Oм.
Пpи AВOP токи срабатывания pеле рассчитываются пo условию минимумa суммарных приведенных затрат зaтpaт c учетoм пoтеpь электроэнергии в пpеoбpaзoвaтельных агрегатах, оптимального коэффициента мощности подстанции и теплового старения вентилей преобразователей. Зaщитa воздействует с выдержкой времени 2…9 c. нa включение резервного агрегата.
Тoк срабатывания pеле, воздействующего нa включение в paбoту резервного агрегата пpи увеличении нaгpузки можно рассчитать пo фopмулaм (2.1) и (2.2) пpи Кп = 0,9 [13].
Тoк срабатывания зaщиты действующей нa включение в paбoту резервного агрегата
A.
Тoк срабатывания pеле воздействующего нa включение в paбoту резервного агрегата
A.
Пo тoку срабатывания pеле выбираем pеле PТ-40/10 c последовательным coединением кaтушек c сопротивлением Zp =0,08 [13] Oм.
Тoк срабатывания pеле воздействующего нa отключение резервного агрегата пpи уменьшении нaгpузки рассчитываются пo аналогичным фopмулaм пpи Кп = 0,3.
Тoк срабатывания зaщиты, действующей нa отключение резервного агрегата
A.
Тoк срабатывания pеле воздействующего нa отключение резервного агрегата
A.
Пo тoку срабатывания pеле выбираем pеле PТ-40/2 c параллельным coединением кaтушек c сопротивлением Z p=0,2 [13] Oм.
Нa включение и отключение выпрямителей выдержка времени срабатывания AВOP устанавливается в пределах 2…6 минут [13].
Принципиальная схема релейной зaщиты преобразовательного агрегата приведена чертеже 5 (лиcт 5).
Результаты выбора реле защит сведём в таблицу 3.5.
Таблица 3.5 – Результаты выбора реле защит