CC BY
813. Матвеевский В.Р. Надежность технических систем. М.: МГИЭМ, 2002. 113 с.
4. Мороз С.М. Методы обеспечения работоспособности технического состояния автотранспортных средств: Учебник. М.: МАДИ, 2015. 204 с.
5. Охотников Б.Л. Эксплуатация двигателей внутреннего сгорания: Учебное пособие. Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2014. 139 а
6. Раннев Г.П., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений. М.: Академия, 2006. 331 с.
7. Тюнин А.А. Диагностика электронных систем управления двигателями. М.: Солон-Пресс, 2007. 352 с.
8. Фомичёв Е.В., Ревякин М.М. Диагностирование как способ получения информации о техническом состоянии сельскохозяйственных машин и повышения их надежности // Агротехника и энергообеспечение. Орел, 2014. № 1 (1). С. 356-361.
УДК 621.311.42:621.3.014.33:621.3.014.36:621.3.064.1
РАСЧЕТ ТОКОВ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ И ПАРАМЕТРОВ ИХ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКОГО И ТЕРМИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ПРИСОЕДИНЕНИЯХ ПОНИЗИТЕЛЬНОЙ ПОДСТАНЦИИ «КУЛИКОВСКАЯ» 110/35/10 кВ ФИЛИАЛА ПАО «МРСК ЦЕНТРА»-«ОРЕЛЭНЕРГО»
Лансберг А.А.1, учебный мастер II категории кафедры «Электроснабжение», Николенко С.Н.2, начальник «Службы подстанций». Научные руководители: к.т.н., доцент Волчков Ю.Д.1, старший преподаватель Сорокин Н.С.1 1ФГБОУ ВО Орловский ГАУ' 2управление «Высоковольтных сетей» филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго»
АННОТАЦИЯ
В настоящее время внедрение интеллектуальных электрических устройств в сфере энергетики является одним из приоритетных направления ее развития, при этом объекты электросетевого комплекса Российской Федерации характеризуются моральным и физическим износом, что препятствует их автоматизации путем активно-адаптивного управления за счет наличия систем мониторинга, контроля и управления. В связи с этим, требуется осуществление реконструкции многих объектов электросетевого комплекса РФ. Одним из таких объектов является понизительная подстанция «Куликовская» 110/35/10 кВ Орловского района, которая была введена в эксплуатацию в 1980 году. Для проведения реконструкции подстанции требуется определить значения токов короткого замыкания на присоединениях подстанции и параметров их электродинамического и термического воздействий, что необходимо для замены устаревшего электрооборудования и последующего внедрения устройства бесканального дистанционного контроля реклоузеров в отходящих линиях электропередачи 10 кВ.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Электрическая подстанция, трансформатор, ток короткого замыкания, высоковольтный выключатель, реклоузер.
ABSTRACT
Currently, the introduction of intelligent electrical devices in the energy sector is one of the priority sphere of its development, while the objects of the electric grid complex of the Russian Federation are characterized by moral and physical deterioration, which prevents their automation through active adaptive management due to the presence of monitoring,
control and management systems. In this regard, it is necessary to reconstruct many units of the electric grid complex of the Russian Federation. One of these units is the Kulikovskaya 110/35/10 kV step-down substation of the Oryol district, which was put into operation in 1980. For the reconstruction of the substation, it is necessary to determine the values of short-circuit currents in the substation connections and the parameters of their electrodynamic and thermal effects, which is necessary to replace outdated electrical equipment and then introduce a device for channel-free remote control of reclosers in outgoing 10 kV power lines.
KEYWORDS
Electrical substation, transformer, short-circuit current, high-voltage switch, recloser.
Введение. В настоящее время для автоматизации электрических сетей и энергетических объектов разрабатываются интеллектуальные устройства, позволяющие осуществлять дистанционное управление электрическими сетями и энергообъектами, контролировать электрические параметры, изменять конфигурацию электрической сети в зависимости от режимов работы потребителей и источников питания, аварий в линиях электропередачи, что актуально как в Российской Федерации [1], так и за рубежом [2].
Также одним из актуальных направлений в энергетике является цифровизация подстанций, которая заключается в автоматизации управления технологическими процессами приема и распределения электроэнергии, что позволяет производить регулирование реактивной мощности, адаптивного регулирования напряжения, осуществления функций релейной защиты и автоматики путем включения и отключения высоковольтных выключателей отходящих линий, вводных выключателей распределительных устройств и секций шин, учёта электроэнергии с выделением потерь электроэнергии в силовых трансформаторах и отходящих линиях. Цифровая подстанция должна быть оснащена современными информационно-технологическими и управляющими системами и средствами, при этом все процессы информационного обмена между элементами подстанции, внешними системами, а также управление работой подстанции осуществляются в цифровом формате [3].
В связи с этим, первичное силовое оборудование подстанции и компоненты информационно-технологических и управляющих систем функционально и конструктивно ориентированы на поддержку цифрового обмена данными.
Совместно с цифровизацией подстанции выполняются проекты по автоматизации отходящих от подстанции линий 10 кВ с помощью установки реклоузеров в первую очередь, согласно рекомендациям компании-производителя реклоузеров «Таврида Электрик» [4], рекомендуется выполнять реконструкцию фидерных ячеек в центрах питания.
Данные рекомендации обусловлены тем, что наибольший вклад в повышение надежности электроснабжения потребителей вносит увеличение кратности АПВ, так как при этом обеспечивается устранение неустойчивых повреждений:
- уменьшение SAIFI на 80% при применениях двукратного АПВ на фидерах, где АПВ было выведено;
- улучшение SAIFI на 20% при применении двукратного АПВ на фидерах, где было установлено однократное АПВ.
Компанией «Таврида Электрик» при внедрении реклоузеров в отходящие от подстанции линии 10 кВ представлен требуемый объем работ по реконструкции, заключающийся в замене масляного выключателя на вакуумный выключатель [4].
Вышеизложенные положения в целом описывают структуру работы цифровой трансформаторной подстанции. В случае их рассмотрения на примере подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ, с учетом анализа технического состояния подстанции и роста ее электропотребления [5, 6], можно сделать выводы, что текущее состояние электрооборудования подстанции характеризуется физическим и моральным износом,
при этом часть его запрещена к применению в настоящее время на сооружаемых и реконструируемых подстанциях; в связи с этим невозможно произвести ее комплексную автоматизацию с задействованием большинства функций, в том числе внедрением устройства для бесканального дистанционного контроля реклоузеров в отходящих линиях 10 кВ [7], в связи с тем, что эффективность работы реклоузеров совместно с установленными в настоящее время в ячейках комплектного распределительного устройства наружной установки (КРУН) масляными выключателями ВК-10-630-20 [5] низкая, на что непосредственно влияет скорость срабатывания токовых реле, которая значительно ниже, чем у вакуумного выключателя с современным терминалом релейной защиты (РЗ); поэтому подстанция нуждается в проведении реконструкции, установке современного электрооборудования и изменении принципиальной электрической схемы соединений, что даст возможность автоматизировать технологический процесс передачи и распределения электрической энергии.
Одним из наиболее важных аспектов, необходимых для реконструкции подстанции является определение численных значений токов короткого замыкания (КЗ), ударных токов, и тепловых импульсов, вызываемых токами короткого замыкания, на ее присоединениях 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ.
Цель работы заключается в определении численных значений токов короткого замыкания и параметров их электродинамического и термического воздействий на распределительном устройстве (РУ) высокого напряжения (ВН), РУ среднего напряжения (СН), РУ низкого напряжения (НН) подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ, находящейся на балансовой принадлежности электросетевой организации - филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго».
Материалы и методы исследования.
Расчет токов короткого замыкания производился аналогично методике, которая была рассмотрена в работе [8], с учетом ряда допущений, которые можно применять при расчете токов короткого замыкания в электроустановках выше 1000 В, а именно: при проведении расчетов не были учтены токи намагничивания силовых трансформаторов, поперечная емкость линий электропередачи 110 кВ, по которым осуществляется питание подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ, в связи с тем, что их длина не превышает 200 км, активные сопротивления линий электропередачи 110 кВ и электрооборудования подстанции. В данном случае погрешность расчета может достигать до 10% [9].
При проведении исследования были использованы материалы, предоставленные специалистом филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго»: схема подключения понизительной подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ к энергосистеме Орловской области, длины линий 110 кВ, по которым осуществляется питание подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ от подстанции «Орловская Районная» 220/110/10 кВ, а также численное значение периодической составляющей тока симметричного трехфазного короткого замыкания на шинах подстанции «Орловская Районная» 220/110/10 кВ.
Результаты исследований и их обсуждение.
Расчет токов КЗ будем производить в относительных единицах по методу симметричных составляющих, что позволит не производить приведение сопротивлений схемы замещения к расчетной ступени напряжения [9]. Составим схему замещения для токов прямой последовательности. Схема присоединения подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ к энергосистеме Орловской области, представляющая собой упрощенную однолинейную схему с указанием всех элементов электроустановки и примыкающей части энергосистемы представлена на рисунке 1; с учетом допущений на основании схемы присоединения подстанции к энергосистеме, представленной на рисунке 1, строим схему замещения прямой последовательности, на которой не представлены выключатели, разъединители ввиду того, что их параметры не влияют на значения токов КЗ, представленной на рисунке 2.
ПС Районная 220/110/10 к!)
Рисунок 1 - Расчетная схема присоединения подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ к
энергосистеме Орловской области
С1
10 кВ
Рисунок 2 - Схема замещения прямой последовательности энергосистемы с подстанцией «Куликовская» 110/35/10 кВ
Для расчета токов КЗ требуется определить сопротивления до точек КЗ на РУ ВН, РУ СН, РУ НН подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ. Таким образом, в первую очередь определим сопротивления прямой последовательности элементов электроэнергетической системы для расчета периодической составляющей токов КЗ. Точки, в которых необходимо определить максимальные токи КЗ, когда распределительное устройство среднего напряжения (РУ СН) и комплектное
распределительное устройство наружной установки (КРУН) запитаны только от одного трансформатора, представлены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Схема замещения прямой последовательности ПС «Куликовская» 110/35/10 кВ с рассматриваемыми точками КЗ К1-К3
Сопротивление питающей системы в относительных единицах определим по формуле (1) [10]:
= (1)
где S6 - базовая мощность, принимаемая равной 1000 МВА;
Sk - мощность трехфазного КЗ энергосистемы в максимальном режиме на момент времени t=0, МВА, определяемая по_формуле (2):
где UcF, - среднее напряжение системы в месте установки элемента, кВ;
IK3 - действующее значение периодической составляющей трехфазного тока КЗ на шинах подстанции «Орловская Районная» 220/110/10 кВ при t=0, т.е. сверхпереходный ток. Данный параметр был рассчитан специалистами филиала ПАО «МРСК Центра»-«Орелэнерго» и составляет 16,6 кА, для его отключения на подстанции «Орловская Районная» 220/110/10 кВ, находящейся на балансовой принадлежности ПАО «ФСК ЕЭС», установлен выключатель У-110-2000-40, отключающая способность которого, согласно технической документации [11], для данного масляного выключателя ^=40 кА.
С учетом данных стандарта [12] при расчете токов КЗ будем использовать следующий ряд базовых напряжений, при этом U^U^ ^.^=115 кВ, U6.ot=37 кВ, U6.hh=10,5 кВ. Исходя из^этого: _
5К = V3 ■ £/б.ЕН ■ /с = V3 ■ 115 ■ 10э ■ 16,6 ■ 10э Rf 3306,485 (МВА)
Параметры воздушных линий электропередачи задаются средним (номинальным) напряжением U^U^, маркой и сечением проводника. Для ВЛ
напряжением выше 1 кВ, согласно допущениям [9], активным сопротивлением пренебрегаем. Отсюда следует, что в расчете будем использовать удельное (погонное) индуктивное сопротивление, которое для провода АС-185/29, которым выполнены линии 110 кВ, питающие подстанцию «Куликовская» 110/35/10 кВ, согласно схеме, представленной в [5], составляет 0,413 Ом/км [9]. Таким образом, сопротивление линии при расчете в относительных единицах определим по формуле (3):
х i — хул * L *
-■т
(3)
где L - длина линии, км;
S6 - базовая мощность, 1000 МВА;
Ucp - среднее напряжение в месте установки данного элемента, кВ; xy - удельное сопротивление линии, Ом/км. Сопротивление линии №1 составляет:
Аналогично, сопротивление линии №2:
= 0,413 ■ (4,8 + 10,34) ■ /^Д = 0,473 (o.e.)
Сопротивление параллельных линий L1 и L2 определим по формуле (4):
■■■■-,,-.=-=-=-=-■ (о.е.) (4)
0,53440/173 1,007 4 ' 4 '
Для трансформаторов мощностью более 630 кВА, с учетом допущений [12], активным сопротивлением можно пренебречь rm=0, т.е. справедливо соотношение (5):
= хт<ц- (5)
Так как для трехобмоточных трансформаторов uk задается для пар обмоток, то с использованием соотношения (5) индуктивное сопротивление соответствующих обмоток, предполагаемых к установке ТМТН-6300/110, в процентах определяется по системе уравнений (6) [13, 14]:
= 0,5 ■ Овн-нн + *бн-сн - *£гн-нн) = 0.5 ■ (17,5 + 10,5 - 6) = 10,75 %■, = 1 Г: 5 - о - 1" г = - : Е- :: = ::= :::, (6)
д:н = 0,5 ■ (*Ен-нн + *сн-нн ~ *вн-сн) = 0,5 ■ (17,5 + 6 - 10,5) = 6,5% где хвн - индуктивное сопротивление обмотки высшего напряжения, %; хсн - индуктивное сопротивление обмотки среднего напряжения, %; хнн - индуктивное сопротивление обмотки низшего напряжения, %. Сопротивление соответствующих обмоток в o.e. определим по формуле (7):
::?:г :::
где хт% - индуктивное сопротивление обмотки трансформатора, %;
Бб - базовая мощность, 1000 МВА;
Зномт - номинальная мощность трансформатора, МВА.
Таким образом, сопротивление соответствующих обмоток:
(7)
:1об.
10,75 1000 Ю6
тр,ВН 100 6,Э106
.-.-г;:::-: ^ (о.е.)
(о.е.)
6,5 1000 Ю6
= 1: (о.е.)
□й.тр.НН 1{Щ
С учетом полученных данных определим сопротивление до точки короткого замыкания К1 на шинах ВН 110 кВ подстанции по схеме замещения прямой последовательности, представленной на рисунке 4:
Рисунок 4 - Схема замещения прямой последовательности для расчета КЗ в точке К1
Результирующее сопротивление до точки К1 при 3-х фазном КЗ определим по формуле (8), при этом упрощенная схема замещения для расчета сопротивления до точки трехфазного КЗ К1 представлена на рисунке 5:
= хс\ + xl,3k.e = 0,302 + 0,251 = 0,553 (o.e.) (8)
Рисунок 5 - Упрощённая схема замещения прямой последовательности энергосистемы при КЗ в точке М
Определим сопротивление до точки К2 при трехфазном КЗ с использованием формулы (9) по схеме замещения прямой последовательности, представленной на рисунке 6.
Рисунок 6 - Схема замещения прямой последовательности для расчета КЗ в точке К2
XS = Хк2 + хвн + хсн = °'553 + 17г1 + 0 = 17'653 (o.e.) (9)
Сопротивление до точки КЗ при трехфазном КЗ определим с использованием формулы (10) по схеме замещения прямой последовательности, представленной на рисунке 7.
Рисунок 7 - Схема замещения прямой последовательности для расчета КЗ в точке КЗ
-СЮ
Дз)
Х-Л = - V:x - .Vvv = ::??_=.- 1T1 - 13 =" (о.е.)
(10)
Определим периодическую составляющую трехфазных симметричных токов КЗ. Расчет токов короткого замыкания можно проводить аналитическим способом, методом узловых напряжений, методом контурных токов, по методике учета комплексных нагрузок, приближенным расчетом по методу эквивалентного генератора, который является частным случаем метода симметричных составляющих. Во всех перечисленных способах расчета токов КЗ, кроме последнего требуется наличие ЭВМ для расчета или применение громоздких вычислений с использованием высшей математики. В случае использования приближенного метода расчета значение периодической составляющей тока в месте трехфазного КЗ определяется по формуле (11) [13]:
и = ^ (11)
ЭДС
^цжзсв)
энергетической системы,
где E" - сверхпереходная принимаем равным 1 [13];
х1ре3(б) - результирующее эквивалентное сопротивление последовательности расчетной схемы относительно точки КЗ, о.е.; 1б - базовый ток, определяемый по формуле (12) [13]:
где S6 - базовая мощность, МВА;
иб=исркз - среднее напряжение ступени КЗ, кВ.
значение которой
прямой
(12)
'ЙК1 1000-106
_ -J3r 115- 10s "
тКЗ 1000-106
б _ V3-37- MP ~
г КЗ 1000-106
б - ~~ i/3r 10,5- 10s ~~
(кА)
Периодическая составляющая 3-х фазного тока КЗ в точке К^ составляет:
^(3) _ 1-5,021-10*
0,553
= f : D (кА)
Периодическая составляющая трехфазного тока КЗ в точке К2:
(3) _ 115,604 10*
К2
17,653
:(кА)
Аналогично, в точке К3:
,(3) _
* vn
1-54,53610
= 1 (кА)
27,973
Ударные токи для проверки электрических аппаратов, шин и изоляторов на электродинамическую стойкость в рассматриваемых точках определим по формуле
(13) [13]:
1уя = ку-^2-1пэ, (13)
где ку - ударный коэффициент тока КЗ, значения которого, согласно приведенным зависимостям постоянной времени затухания апериодической составляющей тока КЗ [9], для точки К -1,717; К2 и К3- 1,608. Таким образом, ударный ток в точках КГК3:
'гд
- 1,717 ■ V2 ■ 9,08 - 22,048 (кА)
(кА) (кА)
"уд
jK3 'уд
Мощность короткого формуле (14) [13]:
замыкания в рассматриваемых точках определим по
5K3=V3-/
пО
(14)
Таким образом, мощность КЗ в рассматриваемых точках: 5|§ = V3 ■ 9,08 ■ 11S = 1808,607 (MBA)
5кз = V3 ■ 0,884 ■ 37 = 56,652 (MBA)
j£=-..T if-;-; = (МВА)
'КЗ
Для проверки электрооборудования по условиям электродинамической стойкости также необходимо определить двухфазные токи КЗ.
Расчет токов двухфазного КЗ будем также произведем по методу симметричных составляющих. При этом предварительно необходимо кроме ранее рассчитанных сопротивлений прямой последовательности определить сопротивления обратной последовательности.
Схема замещения обратной последовательности учитывает все элементы исходной расчетной схемы прямой последовательности, представленной на рисунке 3. При этом ЭДС обратной последовательности синхронных и асинхронных машин, а также комплексных нагрузок следует принимать равными нулю. Сопротивления обратной последовательности трансформаторов, воздушных линий следует принимать равными сопротивлениям прямой последовательности [9]. Таким образом, для сопротивлений обратной последовательности справедливо равенство (15), расчетная схема обратной последовательности представлена на рисунке 8:
Рисунок 8 - Схема замещения обратной последовательности ПС «Куликовская» 110/35/10 кВ с рассматриваемыми точками КЗ К1-К3
■'■: _ ■'■: :гт:. (15)
Ток двухфазного короткого замыкания при расчете по методу симметричных составляющих определим по формуле (16) [9]:
4? = ■ Ь, (16)
где x1эк - эквивалентное индуктивное сопротивление прямой последовательности относительно точки несимметричного КЗ;
x2эк - эквивалентное индуктивное сопротивление обратной последовательности относительно точки несимметричного КЗ.
С учетом известных значений цепей сопротивлений прямой и обратной последовательности определим токи двухфазного КЗ в точках К1-КЗ:
К1 0,553+0,553 4
,(2} _ 1-15,604 -10& 17,653+17,653 ,(2) _ 1-54,936-10* 27,973+27,973
Полный ток двухфазного КЗ определим по формуле (17) [9]:
й = (17)
где m - коэффициент, значения которого для тока двухфазного КЗ составляет
Л,: =
= — =^амкА)
:■. Таким образом, для рассматриваемых точек КЗ:
(кА)
(кА) (кА)
'кг
I
КЗ
Расчет токов однофазного КЗ в данной работе не будет произведен в связи с тем, что обмотка СН силового трехобмоточного трансформатора 35 кВ соединена по схеме «звезда», из-за чего не допускает протекание токов нулевой последовательности, при этом токи нулевой последовательности будут протекать по обмотке НН трансформатора 10 кВ, соединенной в схему «треугольник», но дальше трансформатора - на шинах низкого напряжения 10 кВ, они протекать не будут. В целом значение тока однофазного КЗ не влияет на выбор заземлителя нейтрали обмотки ВН 110 кВ силового трансформатора, для выбора которого требуется ударный ток, но требуется для расчета устройства заземления подстанции и впоследствии будет определено при расчете допустимого напряжения прикосновения, значение которого требуется знать для обеспечения электробезопасности обслуживающего персонала подстанции.
Рассчитаем термическое воздействие токов КЗ. Чтобы произвести выбор коммутационной аппаратуры следует знать значения периодической и апериодической составляющих токов КЗ для расчетного момента времени, зависящее от места КЗ, определяемое по формуле (18) [13]:
т = грс + + и ■ (18)
где - время срабатывания релейной защиты, которое рекомендуется принимать равным для современных микропроцессорных защит 0,1 с;
- собственное время отключения выключателя, приведенное в технических характеристиках, составляющее для современных выключателей не более 0,1 с;
п - количество ступеней селективности токовых защит, устанавливаемое для защиты силового трансформатора. Выключатель на стороне ВН 110 кВ при КЗ в должен срабатывать сразу, поэтому для него данный параметр равен 0. Вводные выключатели шин СН 35 кВ и НН 10 кВ подстанции должны отключаться в случае отказа отключения выключателя на стороне ВН 110 кВ, и представляют собой первую ступень. Выключатели ЛЭП 35 кВ (10 кВ) должны отключаться в случае отказа
отключения выключателя на стороне 110 кВ и вводного выключателя шин 35 кВ (10 кВ), таким образом, представляют собой вторую ступень селективности;
Д1 - продолжительность ступени селективности, которая при согласовании защит для современных вакуумных и элегазовых выключателей при суммарном времени инерции защит, погрешности защит и времени запаса составляет 250 мс. При этом ученым в работе [15] обосновано, что следует учитывать погрешность, поэтому рекомендуется принимать данное время равным 0,3 с.
Предполагаем на стороне ВН 110 кВ вместо на данный момент имеющейся связки отделитель-короткозамыкатель [5] установить высоковольтный элегазовый выключатель ВГТ-СЭЩ-110 производства компании «Электрощит Самара». Выключатель рассчитан на наибольшее рабочее напряжение 126 кВ, номинальный ток 1250 А, его отключающая способность составляет 25 кА, ток термической стойкости 25 кА, а электродинамическая стойкость - 102 кА, время протекания тока термической стойкости не менее 3 с, полное собственное время отключения 1св=0,05 секунд [19]. Элегазовый выключатель от компании «Электрощит Самара» выбираем по следующим причинам. Во-первых, компания производитель комплектных блочных модульных трансформаторных подстанций «Электрощит Самара» не предлагает альтернативные варианты установки вакуумных выключателей на напряжение 110 кВ; во-вторых, элегазовый выключатель ВГТ-СЭЩ-110 отлично подходит для эксплуатации в Орловской области, так как элегаз, которым заполнен выключатель, переходит в жидкую фазу только при -45°С [16], при этом абсолютная возможная минимальная температура воздуха в Орловской области составляет -39 °С [17], в связи с этим не требуются мощные средства подогрева элегаза. В целом, в настоящее вакуумные выключатели наиболее распространены для использования в электрических цепях напряжением 35 кВ и менее и не рекомендованы к установке на стороне 110 кВ подстанций перечнем ФСК «ЕЭС» [18]. При этом существуют несколько технических решений для цепей 110 кВ, представляющих собой от 2-х до 4-х последовательных коммутационных модулей, а именно: ВБП-110 НПП «Эковакуум», НПП «Контакт»; ВБЭ-110 НПП «Элвест»; также выпущен вакуумный выключатель с одним разрывом цепи ВРС-110-31,5/2500 УХЛ1 «Высоковольтный союз». Все типы перечисленных выключателей не получили широкого распространения в сфере электроэнергетики, в связи с этим наиболее перспективным вариантом является элегазовый выключатель ВГТ-СЭЩ-110.
Определим время отключения КЗ в точке К^
тК1 = ОД + 0,05 = ОД5 (с)
Рассчитаем значение теплового импульса в точке ^ по формуле (19) [16]:
Вк = ^пО ■ (^отхл + ^а-экв)* (19)
где 1п0 - действующее значение периодической составляющей тока КЗ в момент 1=0 от эквивалентного источника, кА;
Та.экв - эквивалентная постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ, с;
1откл - расчетная продолжительность КЗ, с.
Таким образом, с учетом того, что Та для стороны ВН 110 кВ составляет 0,03 с [13], тепловой импульс в точке К^
ВК1к = (9,08 ■ Ю3)2 ■ (0,15 + 0,03) = 14,84 ■ 106 (А2с)
В ОРУ 35 кВ СН подстанции предусматриваем установку вакуумного бакового выключателя наружной установки 35 кВ ВВН-СЭЩ-П/35-25/1000 производства компании «Электрощит Самара» на номинальное напряжение 35 кВ, номинальный ток 1000 А, отключающая способность выключателя 25 кА, при этом электродинамическая стойкость 63 кА, время протекания тока термической стойкости - 3 с, полное собственное время отключения 1св - 0,06 секунд [19].
Время отключения КЗ в точке К2 для вводного выключателя шин (ВШ):
тК2 = ОД + 0,06 + 1 ■ 0,3 = 0,46 (с)
Для выключателя линии (ВЛ):
тК2 = ОД + 0,06 + 2 ■ 0,3 = 0,76 (с)
С учетом того, что Та для стороны СН 35 кВ составляет 0,02 с [13], тепловой импульс в точке К2 для вводного выключателя шин 35 кВ:
ЕК2к = (0,884 ■ 103)2 ■ (0,46 + 0,02) = 0,375 ■ 106 (А2с)
Для выключателя линии:
БК2к = (0,884 ■ 103)2 ■ (0,76 + 0,02) = 0,61 ■ 106 (А2с)
В КРУН 10 кВ подстанции с учетом линейки технических решений, предлагаемых «Электрощит Самара», предусматриваем установку вакуумного выключателя ВВ/ТЕЛ-10-20/1000 производства компании Таврида Электрик, который совместно с реклоузерами, установленными в отходящих от подстанции линиях 10 кВ, обеспечит успешность реализации функций релейной защиты и автоматики, на наибольшее напряжение до 12 кВ, номинальный ток 1000А, с отключающей способностью 20 кА и электродинамической стойкостью 51 кА, временем протекания тока термической стойкости 3 с, полным собственным временем отключения - 0,065 с [20].
Таким образом, время отключения КЗ в точке К3 для вводного выключателя шин
10 кВ:
ткз = ОД + 0,065 + 1 ■ 0,3 = 0,465 (с)
Для выключателя линии:
ткэ = ОД + 0,065 + 2 ■ 0,3 = 0,765 (с)
В источнике [13] значение Та для стороны НН 10 кВ подстанции составляет 0,02 с, таким образом, тепловой импульс в точке К3 для вводного выключателя шин 10 кВ:
ВР = (1,966 ■ 103)2- (0,465 + 0,02) = 1,805 ■ 106 (А2с)
Для выключателя линии:
В®3 = (1,966 ■ 103)2- (0,765 + 0,02) = 2,965 ■ 106 (А2с)
Определим максимальную апериодическую составляющей тока КЗ, необходимой для расчета относительного ее содержания в токе КЗ отключения, произведем по формуле (20) [13]: _
где Та - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока КЗ;
т - расчетное время, для которого требуется определить токи КЗ, соответствующее времени размыкания цепи КЗ дугогасительными контактами выключателя, определяемое по формуле (21) [13]:
т = 0,01 +¿с-в-1тИ1 (21)
где 1с.воткл. - собственное время отключения выключателя, с.
Для используемых выключателей ВГТ-СЭЩ-110, ВВН-СЭЩ-П/35, ВВ/ТЕЛ-10-20/1000 время размыкания цепи составляет:
Твбн-сэщ-п/35 = 0,01 + = 0,07 (с)
(с)
Определим апериодическую составляющую тока КЗ в точке К1 по формуле (22) с учетом того, что постоянная времени затухания на стороне ВН 110 кВ равна 0,03 с [13]:
¿ат(к1} = ^ ■ 9,08 ■ 2,718 = 1,798 (кА)
Аналогично произведем расчет для точки К2, для которой постоянная времени затухания апериодической составляющей 0,02 с [13]:
1ат(к2) = 72 ■ 0,884 ■ 2,718"^ = 0,038 (кА)
Для стороны НН при значении Та=0,02 с [13]:
=-, j 1 fii 2 "1D~ = =- = ^ C-iD (кА) Результаты расчетов токов КЗ приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Результаты расчетов токов КЗ их электродинамического и термического _воздействий на РУ ВН, СН и НН подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ_
Параметры Точка расчета короткого замыкания
К1 К2 К3
In0(3), кА 9,08 0,884 1,966
i (3) кА ^д , кА 22,048 2,01 4,471
т, с ВШ 0,15 0,46 0,465
ВЛ 0,76 0,765
Вк, А2 с ВШ 14,84 106 0,375 106 1,805 106
ВЛ 0,61106 2,965 106
вкз, МВА 1808,607 56,652 35,755
^з , кА 4,539 0,442 0,983
^з , кА 7,862 0,766 1,703
iai, кА 1,798 0,038 0,068
Выводы. В ходе исследования были рассчитаны токи трехфазного короткого замыкания и параметры их электродинамического и термического воздействий, а также токи двухфазного короткого замыканий на присоединениях подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ. На основании полученных расчетных значений возможно осуществить реконструкцию подстанции и выбор основного силового первичного оборудования, поддерживающего современные протоколы передачи данных в цифровом формате, что позволит осуществить автоматизацию подстанции.
При расчете термического воздействия токов короткого замыканий были приведены типы и параметры высоковольтных вакуумных выключателей, которые могут быть установлены на подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ, при этом в случае установки в комплектном распределительном устройстве наружной установки выключателей типа ВВ/ТЕЛ-10-20/1000 при их совместной работе с вакуумными реклоузерами типа PBA/TEL REC 15, установленным в отходящих от подстанции линиях 10 кВ, удастся добиться повышения эффективности функций релейной защиты и автоматики, обеспечения быстродействия защит и селективности, что в свою очередь будет контролироваться устройством бесканального дистанционного контроля реклоузеров.
Библиография:
1. Adaptive automatic voltage regulation in rural 0.38 kV electrical networks / A.V. Vinogradov, A.V. Vinogradova, I.O. Golikov, V.E. Bolshev // International Journal of Emerging Electric Power Systems. 2019. Т. 20. № 3. С.
2. Rashid Niaz Azari, Mohammad Amin Chitsazan, Iman Niazazari. Optimal Recloser Setting, Considering Reliability and Power Quality in Distribution Networks // American Journal of Electrical Power and Energy Systems. 2017. 6 (1). PP. 1-6.
3. Пат. 2734110 РФ, МПК H02B 7/00, H02J 13/00. Цифровая трансформаторная подстанция с активно-адаптивной системой управления / Виноградов А.В [и др.]; патентообладатель ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. № 2020124076; заявл. 20.07.2020; опубл. 13.10.2020, Бюл. № 29.
4. Вакуумный реклоузер. REC15. REC25. Техническая информация. TEL. Таврида Электрик. // URL: https://www.tavrida.com/upload/iblock/0f0/TER_RecDoc_PG_1.pdf (дата обращения 12.01.2020).
5. Лансберг А.А., Николенко С.Н. Обоснование необходимости реконструкции подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ, осуществляющей
электроснабжение сельскохозяйственных потребителей // Научный журнал молодых ученых. 2020. № 4 (21). С. 66-77.
6. Зелюкин В.И., Лансберг А.А. Обоснование причин роста электрических нагрузок коммунально-бытовых и производственных потребителей, подключенных к подстанции «Куликовская» 110/35/10 кВ // Инновации и технологический прорыв в АПК: Сб. науч. трудов междунар. науч.-практ. конф. Брянск, 2020. С. 331-336.
7. Пат. 2304339 РФ, МПК H02J 13/00. Способ контроля отказа отключения пункта автоматического включения резерва при включении его выключателя на устойчивое короткое замыкание в кольцевой сети / Васильев В.Г., Суров Л.Д., Виноградов А.В., Фомин И.Н.; патентообладатель ФГОУ ВПО Орел ГАУ. № 2006113883/09; заявл. 24.04.2006; опубл. 10.08.2007, Бюл. № 22.
8. Лансберг А.А., Виноградов А.В. Расчет рабочих токов и токов короткого замыкания при электроснабжении потребителей от возобновляемых источников энергии в интеллектуальной электрической сети, содержащей мультиконтактные коммутационные системы // Научный журнал молодых ученых. 2020. № 3 (20). С. 89107.
9. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. М.: Стандартинформ, 2007.
10. Сазыкин В.Г., Кудряков А.Г. Электромагнитные переходные процессы в электроэнергетических системах: Учебное пособие. Краснодар: КубГАУ, 2017. 255 с.
11. Руководство по капитальному ремонту высоковольтного трехполюсного выключателя У-110-2000-40 У1 (У-110-8). Составлено Новосибирским отделом ЦКБ Главэнергоремонта // URL: http://docs.cntd.ru/document/1200041120 (дата обращения: 05.11.2020).
12. ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009) Напряжения стандартные. ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 30 сентября 2014 г. N 70-П).
13. Рожкова Л.Д., Карнеева Л.К., Чиркова Т.В. Электрооборудование электрических станций и подстанций: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. М.: Издательский центр «Академия», 2013. 448 с.
14. Тольяттинский трансформатор. Трансформаторы силовые масляные класса напряжения 110 Кв // URL: https://transformator.com.ru/ttproduction/transform/145/1641/ (дата обращения: 21.10.2020).
15. Емельянцев А. Релейная защита сетей. Ступени селективности по времени // Новости ЭлектроТехники. Информационно-справочное издание. 2020. №3(123) // URL: http://news.elteh.ru/arh/2006/39/08.php (дата обращения: 12.12.2020).
16. Выключатели газовые трехполюсные серии ВГТ-СЭЩ-110. Техническая информация ТИ - 210 - 2018. Версия 1.0 // URL: https://www.electroshield.ru/upload/iblock/654/Tekhnicheskaya-informatsiya-TI_210_2018-_versiya-1.0_.pdf (дата обращения: 12.12.2020).
17. СП 131.13330.2012 Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01-99. Дата введения 2013-01-01 // URL: http://docs.cntd.ru/document/1200095546 (дата обращения: 28.09.2020).
18. Раздел I. Первичное оборудование, материалы и системы, допущенные к применению на объектах ПАО «Россети» на 04.09.2020 // URL: http://www.rosseti.ru/investment/science/attestation/doc/razdel_I_04.09.2020.pdf (дата обращения: 29.09.2020).
19. Выключатель вакуумный типа ВВН-СЭЩ-П-35. Руководство по эксплуатации 2ГК.256.046 РЭ. Ресурс: [электронный]. URL: https://www.electroshield.ru/upload/iblock/a1e/re_vvn_256.046_electroshield.ru.pdf (дата обращения: 12.12.2020).
20. ВВ/TEL. Вакуумный выключатель. Руководство по эксплуатации. Ресурс: [электронный]. URL: https://www.tavrida.com/upload/iblock/72a/TER_CBdoc_UG_23.pdf (дата обращения: 09.11.2020).
УДК 637.523
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ЯИЧНОЙ СКОРЛУПЫ В СОСТАВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СЛИВОЧНОГО МАСЛА
Мамаева О.А., магистрант 1 курса направления подготовки 19.04.03 «Продукты питания животного происхождения». Научный руководитель: к.б.н., доцент Родина Н.Д. ФГБОУ ВО Орловский ГАУ
АННОТАЦИЯ
В опытах изучены органолептические и технологические характеристики сливочного масла с биогенными минеральными компонентами яичной скорлупы, возможности использования тонко дисперсионного порошка яичной скорлупы в составе функционального сливочного масла.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
Сливочное масло, порошок яичной скорлупы, органолептика, влажность, кислотность, термоустойчивость, температура плавления и затвердевания.
ABSTRACT
The experiments studied the organoleptic and technological characteristics of butter with biogenic mineral components of eggshells, the possibility of using fine dispersion powder of eggshells in the composition of functional butter.
KEYWORDS
Butter, eggshell powder, organoleptic, humidity, acidity, thermal stability, melting point, solidification temperature.
Введение. Современным и перспективным методом создания пищевых продуктов нового поколения является использование биологически ценных добавок, содержащих комплекс физиологически функциональных ингредиентов. Молочная промышленность - один из крупнейших потребителей пищевых добавок, выполняющих разнообразные технологические функции. Многолетний опыт российских и мировых производителей молочной продукции подтверждает необходимость их применения [1]. Однако, использование пищевых добавок в продуктах питания зачастую вызывает негативное мнение у потребителей. Поэтому целесообразнее применять функциональные ингредиенты природного происхождения. Такие продукты получают все большее распространение и пользуются спросом у потребителей [2-5].
Актуальным направлением в создании новых молочных продуктов функционального направления является обогащение сливочного масла микронутриентами, в том числе минеральными компонентами с высокой биологической доступностью. Известен способ использования порошка яичной скорлупы в технологии молочных продуктов [6].
Тонкодисперсный порошок белого цвета, без запаха, нерастворим в воде. Яичная скорлупа является богатым и доступным источником кальция (90% кальция находится в легкоусвояемой форме). Богатый минеральный состав яичной скорлупы представлен 27 химическими элементами, в том числе медью, фосфором, серой, цинком и другими. Особенно важно содержание в порошке яичной скорлупы кремния и
