Учебная работа. Проект районной понизительной подстанции 110/35/10 кВ
Введение
электронагрузка подстанция трансформатор
Ценностями Энергетической стратегии Рф на период до 2020 года, утвержденной Правительством РФ
1. Расчет суммарных электронагрузок на шинах всех напряжений подстанции. Определение годичных расходов активной и реактивной энергии
Расчет электронных нагрузок производится для определения суммарной наибольшей мощности всех потребителей электроэнергии на подстанции. По приобретенным результатам будет произведен выбор мощности силовых трансформаторов.
Весь расчет сводится в таблицу.
Рассчитывается реактивная мощность потребителей Qм, Мвар по формуле:
(1.1)
tgц – коэффициент мощности;
Рм – активная мощность, МВт.
Рассчитывается полная мощность потребителей Sм, МВА по формуле:
(1.2)
Аналогично проводится расчёт для всех потребителей электроэнергии и сводится в таблицу 1.1.
Рассчитывается суммарная активная перегрузка на шинах низшего напряжения РНН, МВт по формуле:
(1.3)
где N – количество потребителей на шинах 1-го напряжения
Суммарная реактивная перегрузка на шинах низшего напряжения QНН, Мвар определяется по формуле:
(1.4)
Суммарная полная мощность потребителей на шинах низшего напряжения S?НН, МВА рассчитывается по формуле:
(1.5)
Аналогично проводится расчёт для среднего уровня напряжения и сводится в таблицу 1.1.
Суммарная трансформируемая перегрузка НН и СН напряжения S?ТР, МВА рассчитывается по формуле:
(1.6)
Суммарная расчетная трансформируемая перегрузка SТР РАСЧ, МВА определяется по формуле:
(1.7)
Где kсм – коэффициент смещения максимумов
МВА
Потому что отсутствуют пользователи на стороне ВН, то суммарная трансформируемая перегрузка и суммарная перегрузка подстанции будут совпадать.
Таблица 1. 1 – Расчет электронагрузок на шинах подстанции
Наименование потребителей
Pмi, Мвт
tg
Qмi, Мвар
Sмi, МВА
P, МВт
Q, Мвар
S, МВА
Sрасч, МВА
Пользователи НН
1. Насосная станция КП
2. Завод спец. каров
3. Завод коробок скоростей
4. Завод штампов
5. Завод метизов
12,8
6,6
5,6
9,8
5,2
0,4
5,12
2,64
2,24
3,92
2,08
13,78
7,1
6
10,5
5,6
Суммарная перегрузка на шинах НН SНН
40
16
43
Пользователи СН
1. системы электроснабжения (линий, трансформаторов, электронных аппаратов и др.).
От проектируемой подстанции запитаны приемники I-II группы, потому число трансформаторов принимаем равным двум.
Выбор номинальной мощности трансформатора делается с учетом его перегрузочной возможности:
(2.1)
где SНОМ.Т – номинальная мощность трансформатора;
SРАСЧ. Т – расчетная мощность трансформатора.
Расчетная мощность трансформатора SРАСЧ., МВА определяется по формуле:
(2.2)
где SТР.РАСЧ – суммарная расчетная мощность, передаваемая через трансформаторы;
kп. ав – допускаемый коэффициент перегрузки трансформаторов в аварийном режиме, равен 1,4.
МВА
За ранее избираем трансформатор ТДТН 63000/110 У-1, проверяем выполнение условия (2.1)
63 МВА > 48,5 МВА
Определяем фактический коэффициент загрузки kз.н. в номинальном режиме по формуле:
(2.3)
где Sном.т – номинальная мощность трансформатора.
Определяем фактический коэффициент загрузки kз.ав. в аварийном режиме по формуле:
(2.4)
Опосля выбора номинальной мощности трансформатора обязано производиться условие:
(2.5)
1,08 < 1,4
Для установки на подстанции выбираются два трансформатора серии ТДТН 63000/110 У-1 – трансформатор силовой трехфазный трехобмоточный, с РПН. Технические свойства трансформатора приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1 – Технические свойства трансформатора ТДТН 63000/110
Тип
Sном, МВ•А
Пределы регулирования
Паспортные данные
Uном обмоток, кВ
Рк, кВт
Рх, кВт
Iх, %
uк, %
ВН
СН
НН
ВН-СН
ВН-НН
СН-НН
ТДТН-63000/110
63
±9×1,78%
11,5
38,5
11
290
53
0,5
10,5
18
7
3. Составление схемы подстанции с распределением отходящих линий по секциям и трансформаторам
Проектирование главной схемы электронных соединений содержит в себе два поочередных шага:
1) составление структурной схемы (блок-схемы) (набросок 3.1);
2) выбор схем электронных соединений распределительных устройств (РУ) всех напряжений подстанции.
Набросок 3.1 – Блок схема РПП
В мостиковых схемах транзит мощности осуществляется через рабочую перемычку с выключателем. Ремонтная перемычка служит для сохранения транзита при выводе в ремонт выключателя рабочей перемычки.
При повреждении трансформатора отключается лишь ближний к нему выключатель. Транзит мощности через рабочую перемычку сохраняется. Потому схема применяется в вариантах, когда передача транзита через подстанцию имеет огромное
Согласно методическим указаниям [9] на сторонах ВН подстанций 35…220 кВ по мере необходимости секционирования линий и мощности трансформаторов до 63 МВА включительно используются мостиковые схемы. В нашем случае для удобства ремонта хоть какого выключателя в РУ 110 кВ и обеспечения надёжного транзита применяем схему 5АН (мостик с выключателями в цепях трансформаторов и ремонтной перемычкой со стороны трансформаторов).
Для РУ СН (35 кВ) применяем схему «Одна рабочая секционированная выключателем система шин», потому что данная схема рекомендуется для внедрения в РУ 35 кВ и обеспечивает нужное количество присоединений (в этом случае 4 присоединения для комбината полимеров).
На стороне НН (10 кВ) подстанции при 2-ух трансформаторах, присоединённых к различным секциям согласно методическим указаниям [9] выбираю схему 10-1 (одна одиночная секционированная выключателем система шин). В обычном режиме секции работают раздельно. Секционный выключатель срабатывает автоматом при трагедиях с одним из трансформаторов, чтоб не нарушать электроснабжение потребителей. Для этого выключатель пичкают устройством автоматического включения запасного питания (АВР).
4. Расчет токов недлинного замыкания
Для понижения вреда, обусловленного выходом из строя электрооборудования при протекании токов недлинного замыкания, а так же для резвого восстановления обычного режима работы системы электроснабжения нужно верно найти токи недлинного замыкания и по ним избрать электрооборудование, защитную аппаратуру, силовые кабели и шины. Расчет токов недлинного замыкания ведем в относительных единицах.
Набросок 4.1 – Схема замещения
Зададимся базовыми критериями:
Sб – базовая мощность, принимаем равной 4000 МВА;
За базовое напряжение принимаем среднее напряжение той ступени, на которой делается расчет токов к.з.:
;
;
.
Таковым образом, для каждой точки к.з. будет собственный базовый ток, Iб:
(4.1)
;
;
Определим характеристики схемы замещения.
Ес – ЭДС системы, принимаем равной 1.
Сопротивление системы Хс, рассчитаем по формуле:
(4.2)
где Ic – ток системы, определяется отключающей способностью выключателя, принимаем равным 40 кА.
Относительное сопротивление полосы Хл, определяем по формуле:
(4.3)
где х0 – удельное сопротивление полосы, равное 0,4 Ом/км;
l – длина полосы.
Относительное сопротивление обмотки ВН схемы замещения трехобмоточного трансформатора, приведенное к базовым условиям, Хтв, определяем по формуле:
(4.4)
где uk – напряжения недлинного замыкания трансформатора для соответственных пар обмоток, определяются из паспортных данных трансформатора, обозначенных в таблице 2.1
Относительное сопротивление обмотки СН схемы замещения трехобмоточного трансформатора, приведенное к базовым условиям, Хтс, определяем по формуле:
(4.5)
Относительное сопротивление обмотки НН схемы замещения трехобмоточного трансформатора, приведенное к базовым условиям, Хтн, определяем по формуле:
(4.6)
Действующее
(4.7)
где Хэкв. i – эквивалентное сопротивление схемы замещения в соответственной точке к.з.
Для точки К1 уравнение (4.7) воспримет вид:
Для точки К2 уравнение (4.7) воспримет вид:
Для точки К3 уравнение (4.7) воспримет вид:
Ударный ток Iуд кА, определяется по формуле:
(4.8)
где kуд – ударный коэффициент, определяется по формуле:
(4.9)
где Та – неизменная времени затухания апериодической составляющей
Та1=0,025с, Та2=0,02с, Та3=0,06с
Действующее
(4.10)
где t – усредненное
(4.11)
где tс.в-собственное время отключения выключателя.
Для точки К1 tс.в= 0,045 с (для выключателя ВРС-110):
Для точки К2 tс.в= 0,055 с (выключатель ВР35НСМ):
Для точки К3 tс.в= 0,03 с (выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_Shell_2-У2):
Термический импульс тока Вк кА2*с, определяем по формуле:
(4.12)
где tоткл – время отключения тока недлинного замыкания, рассчитывается по формуле:
(4.13)
где t Р.З – время деяния главный релейной защиты;
t ОТК.В-полное время отключения выключателя
Для точки К1:
;
;
tотк.в.=0,065 – для выключателя ВРС – 110
Для точки К2:
;
(выключатель ВР35НСМ)
;
.
;
.
Для точки К3:
;
(выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_Shell_2-У2)
;
.
;
.
Результаты расчета токов недлинного замыкания сводятся в таблицу 4.1.
Таблица 4.1 – Результаты расчетов токов недлинного замыкания
Расчетная точка к.з.
К1
Выводы трансформаторов со стороны 110 кВ
3,8
8,97
0,88
1,73
К2
Для вводного выключателя
4,95
11,25
0,21
39,2
Для секционного выключателя
27
Для отходящей полосы
14,7
К3
Для вводного выключателя
12,5
32,63
9
253
Для секционного выключателя
175
Для отходящей полосы
96,8
5. Выбор электронных аппаратов и проводников
Аппараты и проводники распределительных устройств всех напряжений выбираются по условиям длительного режима работы и проверяются по режиму недлинного замыкания.
Расчетными токами длительного режима являются:
– Iнорм – больший ток обычного режима;
– Iмакс. – больший ток ремонтного либо послеаварийного режимов, в каком часть частей электроустановки отключена, потому на оставшиеся в работе элементы ложится завышенная перегрузка.
Расчет токов нормального и послеаварийного режимов
Цепь трехобмоточного трансформатора
На стороне ВН:
На стороне СН:
На стороне НН:
Цепь полосы к пользователю
Для расчета наибольшего тока пользователя Imax, А получающего питание от четного числа линий, присоединенных симметрично к двум секциям сборных шин, употребляется формула:
(5.1)
где Smi – мощность перегрузки единичного пользователя из таблицы 1.1.;
n – количество линий к пользователю, присоединенных симметрично к двум секциям сборных шин соответственного напряжения.
Больший ток обычного режима Iнорм, А рассчитывается по формуле:
(5.2)
Для потребителей СН:
ток определяется для самого неблагоприятного режима, когда питание переведено на одну секцию. Наибольший ток Imax, А рассчитывается по формуле:
(5.3)
Для шин СН:
.
Для шин НН:
.
Сборные шины.
Для шин СН:
.
Для шин НН:
.
Выбор аппаратов РУ ВН и СН.
Выбор высоковольтных выключателей:
– по напряжению установки:
(5.4)
– по долговременному току:
; (5.5)
– по отключающей возможности:
– на симметричный ток отключения:
(5.6)
– на возможность отключения апериодической составляющей тока:
(5.7)
где вном – номинальное значение относительного содержания апериодической составляющей в отключаемом токе, iа.ном – номинальное допускаемое времени ф.
– на электродинамическую стойкость:
– по номинальному току отключения:
(5.8)
– по ударному току:
(5.9)
где iу – ударный ток к.з. в цепи выключателя; iдин. – номинальный ток электродинамической стойкости выключателя (амплитудное значение предельного полного тока, допустимого для рассматриваемого аппарата)
– на тепловую стойкость (по термическому импульсу):
(5.10)
где Вк – термический импульс по расчету; IT – предельный ток тепловой стойкости по каталогу; tТ – продолжительность протекания тока тепловой стойкости, с.
Выбор разъединителей:
– по напряжению установки:
(5.11)
– по току:
; (5.12)
– по конструкции;
– по типу установки;
– по электродинамической стойкости:
– по ударному току:
(5.13)
где iу – ударный ток к.з. в цепи выключателя; iдин. – номинальный ток электродинамической стойкости выключателя (амплитудное значение предельного полного тока, допустимого для рассматриваемого аппарата).
– по тепловой стойкости (по термическому импульсу):
(5.14)
где Вк – термический импульс по расчету, кА.с2; IT – предельный ток тепловой стойкости по каталогу; tТ – продолжительность протекания тока тепловой стойкости, с.
Выбор трансформаторов напряжения:
– по напряжению установки:
(5.15)
– по конструкции и схеме соединения обмоток;
– по классу точности;
– по вторичной перегрузке (данное условие будет рассчитано в разделе 11).
Выбор трансформаторов тока:
– по напряжению установки:
(5.16)
– по току:
; (5.17)
Номинальный ток должен быть как можно поближе к рабочему току уставки, т.к. недогрузка первичной обмотки приводит к повышению погрешностей;
– по электродинамической стойкости:
(5.18)
где kэд – кратность электродинамической стойкости по каталогу, I1ном – номинальный первичный ток трансформатора тока.
– по тепловой стойкости (по термическому импульсу):
(5.19)
где Вк – термический импульс по расчету, кА.с2; kT – кратность тепловой стойкости по каталогу; tТ – продолжительность протекания тока тепловой стойкости, с;
– по вторичной перегрузке (данное условие будут рассчитано в разделе 11).
Выбор ограничителей перенапряжений (ОПН):
– по напряжению:
(5.20)
Все расчетные данные выбора аппаратов РУ ВН и СН сводятся в таблицы 5.1. и 5.2.
Таблица 5.1 – Сводная таблица выбора аппаратов РУ ВН
Наименование и тип аппарата
Условие выбора
Расчетные величины
Технические характеристики
Проверка условия
Вакуумный выключатель ВРС-110-31,5/2500 УХЛ1
Uсети=110кВ
Uном=110кВ
Iмах=0,463кА
Iном=2,5кА
Iп.ф=3,8кА
Iотк.ном=31,5кА
iа.ф=0,88кА
iа.ном=0,4.1,41.31,5=17,8кА
iу=8,97кА
iдин.=81кА
Вк=1,73 кА.с2
Вк=31,52.3=31212 кА.с2
Разъединитель РПД-110
Uсети=110кВ
Uном=110кВ
Iмах=0,463кА
Iном=1,25кА
iу=8,97кА
iдин.=64кА
Вк=1,73
кА.с2
Вк=252.3=
1875кА.с2
Трансформатор тока TG 145N
Uсети=110кВ
Uном=110кВ
Iмах=0,463кА
Iном=500А
iу=8,97кА
iдин.=81кА
Вк=1,73 кА.с2
Вк=31,52.3=31212 кА.с2
Ограничитель перенапряжения ОПНн-110
Uсети=110кВ
Uном=110кВ
Трансформатор перенапряжения НКФ-110-83
Uсети=110кВ
Uном=110кВ
Таблица 5.2 – Сводная таблица по выбору аппаратов РУ СН
Наименование и тип аппарата
Условие выбора
Расчетные величины
Технические характеристики
Проверка условия
Выключатель ВР35НСМ-35-20/1600 У1 (вводной выключатель)
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,533кА
Iном=1,6кА
Iп.ф=4,95кА
Iотк.ном=20кА
iу=11,25кА
iдин.=52кА
Вк=39,2 кА.с2
Вк=202.1200 кА.с2
Разъединитель РДЗ-35/1000 УХЛ1
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,533кА
Iном=1кА
iу=11,25кА
iдин.=50кА
Вк=39,2кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор токаТЛК-35–2 Класс точности 0,5
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,533кА
Iном=1кА
iу=11,25 кА
iдин.=150кА
Вк=39,2кА.с2
Вк=602.1=3600кА.с2
Ограничитель перенапряжений ОПН-35М-У1
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Выключатель ВР35НСМ-35-20/1600 У1 (секционный выключатель)
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,533кА
Iном=1,6кА
Iп.ф=4,95кА
Iотк.ном=20кА
iу=11,25кА
iдин.=52кА
Вк=27кА.с2
Вк=202.1200кА.с2
Разъединитель РДЗ-35/1000 УХЛ1
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,533кА
Iном=1кА
iу=11,25кА
iдин.=50кА
Вк=27кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТЛК-35-2 Класс точности 0,5
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,533кА
Iном=1кА
iу=11,25кА
iдин.=150кА
Вк=27кА.с2
Вк=602.1=3600кА.с2
Выключатель ВР35НСМ-35-20/1600 У1 (тока ТЛК-35-2 Класс точности 0,5
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Iмах=0,266кА
Iном=1кА
iу=11,25кА
iдин.=150кА
Вк=14,7кА.с2
Вк=602.1=3600кА.с2
Трансформатор напряжения ЗНОМ-35-65 У1
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Трансформатор напряжения ЗНОМ-35-65 У1 Класс точности 0,5
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Предохранитель к ТН ПКН-001-35-У1
Uсети=35кВ
Uном=35кВ
Для построения схемы электроснабжения в сети 10кВ применяем комплектные распределительные устройства внутренней установки (КРУ), созданные для работы снутри помещения. В качестве шифанеров КРУ применяем шкафы серии К-01Э (аналог К-63).
Таблица 5.3 – Оборудование РУ НН
Наименование и тип аппарата
Условие выбора
Расчетные величины
Каталожные данные
Проверка условия
Выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_Shell_2-У2 (вводной выключатель)
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=2,482кА
Iном=2,5кА
Iп.ф=12,5кА
Iотк.ном=31,5кА
iу=32,63кА
iдин.=80кА
Вк=253кА.с2
Вк=31,52.3=2977кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ-10-М2-2500/5 У3 Класс точности 0,5
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=2,482кА
Iном=2,5кА
iу=32,63кА
iдин.=152,5кА
Вк=253кА.с2
Вк=612.1=3721кА.с2
Выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_Shell_2-У2 (секционный выключатель)
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=1,241кА
Iном=1,6кА
Iп.ф=12,5кА
Iотк.ном=31,5кА
iу=32,63кА
iдин.=80кА
Вк=175кА.с2
Вк=31,52.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ-10-1500/5 У3
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=1,241кА
Iном=1,5кА
iу=32,63кА
iдин.=102кА
Вк=175кА.с2
Вк=402.1=1600кА.с2
Выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_LD_1-У2 (Насосная станция КП)
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,398кА
Iном=0,630кА
Iп.ф=12,5кА
Iотк.ном=20кА
iу=32,63кА
iдин.=50кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ -10 У3 Класс точности 0,5
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,398кА
Iном=0,45кА
iу=32,63кА
iдин.=81кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=31,52.1=992кА.с2
Выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_LD_1-У2 (Завод спец. каров)
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,205кА
Iном=0,630кА
Iп.ф=12,5кА
Iотк.ном=20кА
iу=32,63кА
iдин.=50кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ -10 У3 Класс точности 0,5
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,205кА
Iном=0,25кА
iу=32,63кА
iдин.=51кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=17,52.1=306кА.с2
Выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_LD_1-У2 (Завод коробок скоростей)
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,173кА
Iном=0,630кА
Iп.ф=12,5кА
Iотк.ном=20кА
iу=32,63кА
iдин.=50кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ -10 У3 Класс точности 0,5
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,173кА
Iном=0,2кА
iу=32,63кА
iдин.=51кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=17,52.1=306кА.с2
iу=32,63кА
iдин.=50кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ -10 У3
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,303кА
Iном=0,4кА
iу=32,63кА
iдин.=81кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=31,52.1=992кА.с2
Выключатель ВВ /TEL-10 – ISM15_LD_1-У2 (Завод метизов)
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,323кА
Iном=0,630кА
Iп.ф=12,5кА
Iотк.ном=20кА
iу=32,63кА
iдин.=50кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=202.3=1200кА.с2
Трансформатор тока ТОЛ -10 У3
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Iмах=0,323кА
Iном=0,4кА
iу=32,63кА
iдин.=81кА
Вк=96,8кА.с2
Вк=31,52.1=992кА.с2
Трансформатор напряжения ЗНОЛ.06-10 У3 Класс точности 0,5
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Предохранитель к ТН ПКТ-101-10-У3
Uсети=10кВ
Uном=10кВ
Выбор питающих линий ВЛ 110кВ.
1) по экономической плотности тока. Сечение проводника по экономической плотности тока Fэк, мм2 определяется по формуле:
(5.21)
где Iнорм. – больший ток обычного режима, А;
jэк. -нормированная плотность тока, А/мм2;
jэк. = 1,1 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для Тmax=3000-5000 ч/год;
Сечение, приобретенное в итоге обозначенного расчета, округляется до наиблежайшего обычного сечения. Расчетный ток принимается для обычного режима работы, т.е. повышение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается.
Принимаем провод АС 185/29.
3) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
(5.22)
где Iр – больший ток ремонтного либо послеаварийного (форсированного) режима;
Iдоп. = 510А – продолжительно допустимый ток для провода марки АС 185/29.
– условие производится
3) проверка по механической прочности не делается, т.к. согласно ПУЭ малое сечение для ВЛ 110кВ не наименее 35 мм2.
совсем избираем провод: АС 185/29, q=185мм2, d=18,8 мм, Iдоп. = 510А.
Выбор отходящих линий.
тока используем формулу (5.21):
jэк. = 1,0 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для Тmax>5000 ч/год;
Принимаем провод АС 150/19.
2) по нагреву (по продолжительно допустимому току), используем условие (5.22):
Iдоп. = 450А – продолжительно допустимый ток для провода марки АС 150/19.
– условие производится;
3) проверку на тепловое действие тока и на электродинамическое действие тока к.з. не проводим, согласно ПУЭ.
совсем принимаем провод:
АС 150/19, q=150мм2, d=16,8 мм, Iдоп. = 450А.
Насосная станция КП.
Iнорм. = 198,9А; Iмах. = 397,8А
1) по экономической плотности тока:
jэк. = 1,0 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для Тmax>5000 ч/год;
избираем кабель марки ААШв сечением (3*185) мм2 и Iдоп.ном. = 310А.
ААШв – силовой кабель с дюралевыми жилами, с картонной пропитанной изоляцией, в дюралевой оболочке с защитным шлангом из ПВХ-пластиката. Применяется для передачи электроэнергии в стационарных установках на напряжение до 10кВ частотой 50Гц . Употребляется для прокладки в помещениях, земле с низким и средним уровнем активности грунтов, шахтах, коллекторах и открытом воздухе.
2) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
где Iдоп – продолжительно допустимый ток, рассчитывается по формуле:
(5.23)
где k1=0,8 – поправочный коэффициент на число положенных в земле кабелей, согласно таблице 1.3.26 [1], для 4 кабелей, лежащих в земле с расстоянием в свету 100 мм; k2=1,13 – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, согласно таблице 1.3.3 [1] при температуре жил кабеля + 600С (пункт 1.3.12 [1]), условной температуре окружающей среды +250С, и температуре земли + 150С (пункт1.3.13 [1]).
Избранный кабель не проходит по условию нагрева продолжительно допустимым током, примем сечение 2х (3*120) Iдоп.ном. = 240А. Проверим выполнение условия (5.22):
4) по тепловой стойкости к токам к.з.
(5.24)
где Вк – термический импульс для пучка кабелей;
С – неизменная величина, равная .
, (суммарное сопротивление до точки к.з.).
Найдем реактивное сопротивление в конце полосы xкл, по формуле:
(5.25)
, l=5 км,
6,61
.
совсем принимаем кабель ААШв сечением 2 (3*120мм2).
Завод спец. автомобилей.
Iнорм. = 102,5А; Iмах. = 205А.
1) по экономической плотности тока:
jэк. = 1,1 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для 3000 ч/год <Тmax<5000 ч/год;
избираем кабель марки ААШв сечением 3*95мм2 и Iдоп.ном. = 205А.
2) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
где k1=0,8 – поправочный коэффициент на число положенных в земле кабелей, согласно таблице 1.3.26 [1], для 4 кабелей, лежащих в земле с расстоянием в свету 100 мм;
k2=1,13 – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, согласно таблице 1.3.3 [1] при температуре жил кабеля + 600С (пункт 1.3.12 [1]), условной температуре окружающей среды +250С, и температуре земли + 150С (пункт1.3.13 [1]).
Избранный кабель не проходит по условию нагрева продолжительно допустимым током, выберем кабель сечением 3*120 мм2 Iдоп.ном. = 240А, проверим выполнение условия (5.22):
3) по тепловой стойкости к токам к.з.
где Вк – термический импульс для пучка кабелей;
.
, (суммарное сопротивление до точки к.з.).
Найдем реактивное сопротивление в конце полосы: , l=4 км
.
.
совсем принимаем кабель ААШв сечением 3*120мм2.
Завод коробок скоростей. Iнорм. = 86,6А; Iмах. = 173,2А.
1) по экономической плотности тока:
jэк. = 1,1 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для 3000 ч/год <Тmax<5000 ч/год.
Избираем кабель марки ААШв сечением 3*70мм2 и Iдоп.ном. = 165А.
2) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
где k1=0,8 – поправочный коэффициент на число положенных в земле кабелей, согласно таблице 1.3.26 [1], для 4 кабелей, лежащих в земле с расстоянием в свету 100 мм;
k2=1,13 – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, согласно таблице 1.3.3 [1] при температуре жил кабеля + 600С (пункт 1.3.12 [1]), условной температуре окружающей среды +250С, и температуре земли + 150С (пункт1.3.13 [1]).
.
Избранный кабель не проходит по условию нагрева продолжительно допустимым током, выберем кабель сечением 3*95 мм2 Iдоп.ном. = 205А, проверим выполнение условия (5.22):
3) по тепловой стойкости к токам к.з.
где Вк – термический импульс для пучка кабелей;
.
, (суммарное сопротивление до точки к.з.).
Найдем реактивное сопротивление в конце полосы:
, l=3,8 км,
.
.
,
совсем принимаем кабель ААШв сечением 3*95мм2.
Завод штампов.
Iнорм. = 151,5А; Iмах. = 303,1А.
1) по экономической плотности тока:
jэк. = 1,1 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для 3000 ч/год <Тmax<5000 ч/год.
Избираем кабель марки ААШв сечением 3*150мм2 и Iдоп.ном. = 275А.
2) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
где k1=0,8 – поправочный коэффициент на число положенных в земле кабелей, согласно таблице 1.3.26 [1], для 4 кабелей, лежащих в земле с расстоянием в свету 100 мм;
k2=1,13 – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, согласно таблице 1.3.3 [1] при температуре жил кабеля + 600С (пункт 1.3.12 [1]), условной температуре окружающей среды +250С, и температуре земли + 150С (пункт1.3.13 [1]).
Избранный кабель не проходит по условию нагрева продолжительно допустимым током, выберем кабель сечением 3*240 мм2 Iдоп.ном. = 355А, проверим выполнение условия (5.22):
3) по тепловой стойкости к токам к.з.
где Вк – термический импульс для пучка кабелей;
.
, (суммарное сопротивление до точки к.з.).
Найдем реактивное сопротивление в конце полосы:
, l=3 км,
.
.
,
совсем принимаем кабель ААШв сечением 3*240мм2.
Завод метизов.
Iнорм. = 161,5А; Iмах. = 323А.
1) по экономической плотности тока:
jэк. = 1,1 А/мм2 – согласно таблице 1.3.36 [1], для 3000 ч/год <Тmax<5000 ч/год.
избираем кабель марки ААШв сечением 3*150мм2 и Iдоп.ном. = 275А.
2) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
где k1=0,9 – поправочный коэффициент на число положенных в земле кабелей, согласно таблице 1.3.26 [1], для 2-ух кабелей, лежащих в земле с расстоянием в свету 100 мм;
k2=1,13 – поправочный коэффициент на температуру окружающей среды, согласно таблице 1.3.3 [1] при температуре жил кабеля + 600С (пункт 1.3.12 [1]), условной температуре окружающей среды +250С, и температуре земли + 150С (пункт1.3.13 [1]).
Избранный кабель не проходит по условию нагрева продолжительно допустимым током, выберем кабель сечением 3*240 мм2 Iдоп.ном. = 355А, проверим выполнение условия (5.22):
3) по тепловой стойкости к токам к.з.
где Вк – термический импульс для пучка кабелей;
.
, (суммарное сопротивление до точки к.з.).
Найдем реактивное сопротивление в конце полосы:
, l=4,5 км,
.
.
,
совсем принимаем кабель ААШв сечением 3*240мм2.
Ошиновка РУ-110кВ.
В ОРУ-110кВ применяем гибкие шины, выполненные проводами АС. Принимаем провод: АС 185/29, q=185мм2, d=18,8 мм, Iдоп. = 510А. Фазы размещены горизонтально, расстояние меж фазами 300 см.
Проверка на тепловое действие токов К.З. не исполняем, т.к. ошиновка производится нагими проводами. Проверка шин на электродинамическое действие токов к.з. не делается, т.к. iу<50кА (2 п1.4.2. [1]). Так же ошиновка в границах РУ не подлежит проверке по экономической плотности тока, согласно ПУЭ.
1) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
– условие производится.
2) проверка по условию короны (согласно пт 1.3.33 [1] при напряжении 35 кВ и выше проводники должны быть испытаны по условиям образования короны с учетом среднегодовых значений плотности и температуры воздуха на высоте расположения данной электроустановки над уровнем моря, приведенного радиуса проводника, также коэффициента не гладкости проводников):
(5.26)
где Е0 – изначальное
(5.27)
где m – коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m=0,82); r0 – радиус провода, см.
Напряженность электронного поля около поверхности нерасщепленного провода, Е рассчитывается по формуле:
(5.28)
где U – линейное напряжение, кВ; Dcp – среднее геометрическое расстояние меж проводами фаз, см.
где для горизонтального расположения фаз .
Условие проверки:
условие производится.
Таковым образом, совсем принимаем провод АС 185/29.
Гибкие шины крепятся на гирляндах из 8 навесных изоляторов ПС-70Е.
ПС-70Е – навесной стеклянный изолятор, предназначен для электронной изоляции и крепления незащищенных проводов и грозозащитных тросов, воздушных ЛЭП и ОРУ подстанций высочайшего напряжения 6, 10 кВ и выше.
количество изоляторов в гирлянде определяем по таблице П2.4, РД34.51.101-90 инструкция по выбору изоляции электроустановок [3], принимая последующие начальные данные: уровень напряжения 110кВ, материал опор – железные, вид гирлянд – поддерживающие, степень загрязнения атмосферы – II, тип изоляторов ПС-70Е.
Ошиновка РУ-35кВ.
В ОРУ-35кВ применяем гибкие шины, выполненные проводами АС. Принимаем провод АС 240/22, q=240мм2, d=21,6 мм, Iдоп. = 605А. Фазы размещены горизонтально, расстояние меж фазами 200 см.
1) по нагреву (по продолжительно допустимому току):
– условие производится.
2) проверка по условию короны:
Определим изначальное
Напряженность электронного поля около поверхности нерасщепленного провода:
где для горизонтального расположения фаз .
Условие проверки:
условие производится.
Таковым образом, совсем принимаем провод АС 240/32.
Гибкие шины крепятся на гирляндах из 3 навесных изоляторов ПС-70Е.
ПС-70Е – навесной стеклянный изолятор, предназначен для электронной изоляции и крепления незащищенных проводов и грозозащитных тросов, воздушных ЛЭП и ОРУ подстанций высочайшего напряжения 6, 10 кВ и выше.
количество изоляторов в гирлянде определяем по таблице П2.4, РД34.51.101-90 инструкция по выбору изоляции электроустановок [3], принимая последующие начальные данные: уровень напряжения 35кВ, материал опор – железные, вид гирлянд – поддерживающие, степень загрязнения атмосферы – II, тип изоляторов ПС-70Е.
Ошиновка РУ-10кВ
Согласно ПУЭ сборные шины и ошиновку в границах РУ по экономической плотности тока не выбираются, потому выбор делается:
по допустимому току
Для выбора ошиновок используем наибольший ток обмотки НН.
(5.29)
(5.30)
где,
-длительно допустимый ток шины с учётом поправки на установку шин плашмя . Принимаем двухполосные дюралевые шины прямоугольного сечения 2 (100?10) мм?, расположенные плашмя с
Вышло, что что соответствует условию (5.29).
по тепловой стойкости:
Ошиновку проверяем по току недлинного замыкания на сборных шинах 10 кВ подстанции (см. п. 4).
Малое сечение по тепловой стойкости, qmin мм2 рассчитывается по формуле:
(5.31)
где С = 91 – некая функция, принимается по справочным данным зависимо от материала шины [2].
Получили, что принятая шина проходит по тепловой стойкости.
по механической стойкости:
Определяем пролёт, L м при условии, что частота собственных колебаний будет > 200 Гц по формуле:
(5.32)
где J – момент инерции поперечного сечения шины, см4 для шин, установленных плашмя рассчитывается по формуле:
(5.33)
q – поперечное сечение шины, см2
м
Принимаем размещение пакета шин плашмя; пролёт L =1,5 м; расстояние меж фазами а = 0,22 м [6]
Определим расстояние меж прокладками Lп, м по формуле:
(5.33)
где ап – расстояние меж осями полос, см определяется по формуле:
(5.34)
Jп – момент инерции одной полосы, см4:
(5.35)
Е – модуль упругости материала шин, для дюралевых шин равен 7*1010 Па, табл. 4.2 [2].
kф – коэффициент формы, для соотношения b/h=0,1 будет равен 0,4, рис. 4.5 [2].
mп – масса полосы на единицу длины, кг/м. Определяется по сечению q, плотности материала шин (для алюминия 2,7·10-3 кг/см?) и длине 100 см:
mп = 2,7·10-3· 10 · 1 ·100 = 2,7 кг/м
Принимаем наименьшее
Определяем силу взаимодействия меж полосами fп, Н по формуле:
(5.36)
где b = 10 мм = 0,01 м
Напряжение в материале шин от взаимодействия полос , МПа определяется по формуле:
(5.37)
где Wп – момент сопротивления одной полосы, см3. Определяется по формуле:
(5.38)
Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз , МПа определяется по формуле:
(5.39)
где l – длина просвета меж изоляторами, м
Wф – момент сопротивления пакета шин, см3. Определяется по формуле:
(5.40)
что меньше допустимого удоп = 40 МПА [2]. Таковым образом, шины механически высокопрочны.
Выбор изоляторов РУ-10кВ.
Избираем опорные изоляторы ИО-10-3,75IУ1, разрушающее усилие при извиве 3,75кН.
1) по номинальному напряжению: ; 10кВ=10кВ.
2) по допустимой перегрузке:
(5.41)
где Fрасч. – сила, работающая на изолятор;
Fдоп. – допустимая перегрузка на головку изолятора, Fдоп.=0,6. Fразр;
Fразр – разрушающая перегрузка на извив, Н рассчитывается по формуле:
(5.42)
Fдоп.=0,6. Fразр=0,6.3750=2250Н.
Таковым образом, изолятор проходит по механической прочности.
В качестве проходных изоляторов для ввода в помещение ЗРУ-10кВ используем изоляторы типа ИП-10/2000-12,5 УХЛ1 (Iном.=2000А, Fразр=12,5кН)
1) по номинальному напряжению:
; 10кВ=10кВ.
2) по допустимой перегрузке:
,
Расчетная сила, Fрасч Н рассчитывается п формуле:
(5.43)
Сила, работающая на фазу, fф Н/м:
(5.44)
Fдоп.=0,6. Fразр=0,6.12500=7500Н.
Таковым образом, изолятор проходит по механической прочности.
6. Выбор вида и источников оперативного тока
Питание оперативных цепей управления, защиты, автоматики, телемеханики и сигнализации, также устройств коммутационных аппаратов осуществляется от особых источников оперативного тока. Оперативный ток употребляется также для аварийного освещения при нарушениях обычной работы подстанции.
Всех потребителей энергии, получающих питание от системы оперативного тока можно поделить на три группы:
1) Повсевременно включенная перегрузка – аппараты устройств управления, блокировки, сигнализации и релейной защиты, повсевременно обтекаемые током, также повсевременно включенная часть аварийного освещения.
2) Временная перегрузка на сто процентов включённого аварийного освещения во время аварийного режима. Продолжительность данной для нас перегрузки определяется продолжительностью трагедии (расчетная продолжительность 0,5 часа).
3) Не считая долгого тока перегрузки сети оперативного тока имеют пространство краткосрочные (не наиболее 5 секунд) пиковые перегрузки, потребляемые катушками электромагнитных приводов аппаратов. Эта мощность быть может значительна.
свойства потребителей проектируемой подстанции указаны в таблице 6.1
Согласно методическим указаниям [11] на подстанциях 110/35/10 кВ с малым числом масленых выключателей 110 кВ применяется выпрямленный оперативный ток.
Источниками выпрямленного оперативного тока могут быть:
– блоки питания (БП), включаемые на трансформаторы тока, напряжения и собственных нужд;
– силовые выпрямители.
Блоки питания делятся на токовые блоки (БПТ) и блоки напряжения (БПН, БПНС). Они могут применяться как без помощи других, так и в комплекте друг с другом. Блоки питания употребляются для питания цепей релейной защиты, автоматики, управления и сигнализации. Трансформаторы тока, на которые врубаются БПТ, не допускается применять для остальных целей.
Таблица 6.1 – свойства потребителей оперативного тока
Наименование пользователя
Номинальный ток употребления, А
Блоки управления сигнализацией, автоматики, релейной защиты.
5
Аварийное освещение
5
Электромагниты управления выключателями:
ВРС-110
1,5
ВР35НСМ
1,3
ВВ /TEL-10
16
Суммарный ток:
28,8
Избираем систему неизменного оперативного тока. В качестве источников системы неизменного оперативного тока избираем шкафы управления оперативного тока типа: ШУОТ240313А722 УХЛ4
Габариты шкафа (Ш?Г?В), мм: 1000?500?1600. Вес не наиболее 770 кг. Степень защиты IP20.
Устройства имеют естественную вентиляцию. В состав всякого устройства в обычном выполнении входят:
1. шкаф подзарядного устройства (ПЗУ) полупроводниковый, состоящий из 2-ух управляемых тиристорных выпрямителей с 2-мя системами контроля и управления, осуществляющих заряд и подзаряд аккумуляторных батарей;
2. шкаф с аккумуляторными батареями (Шкаф АБ), осуществляющих стабилизацию и понижение пульсаций выпрямлённого напряжения, питание перегрузки неизменным напряжением, также компенсацию энергопотребления при пиковых отягощениях, превосходящих мощность ПЗУ и, в случае перерывов в электроснабжении, обеспечение перегрузки электроэнергией. Система предугадывает подводку наружных кабелей снизу (из кабельных каналов либо проёмов), крепление вводных кабелей и обеспечивает работоспособность в вертикальном положении с допустимым отклонением до 5 градусов в всякую сторону.
Технические данные ШУОТ приведены в таблице 6.2.
ШУОТ обеспечивает:
– питание цепей электромагнитов включения высоковольтных выключателей и питание цепей оперативного неизменного тока от аккумуляторной батареи и автоматического подзарядного устройства;
– работу аккумуляторной батареи в режиме неизменного подзаряда;
– контроль и измерение величины сопротивления изоляции в цепях оперативного тока;
– защиту узлов схемы и отходящих линий оперативного тока от перегрузок и маленьких замыканий автоматами и предохранителями с одновременной световой сигнализацией.
Таблица 6.2 Технические характеристики ШУОТ
Черта
Номинальное выходное напряжение, В
230
Номинальный выходной ток, А
31,5
Вход
Номинальное линейное трёхфазное напряжение, В
380
Допустимые колебания напряжения в режиме подзаряда, %
±10
Частота питающей сети, Гц
50
Потребляемая мощность, кВт
10,4
КПД в номинальном режиме, % не наименее
90
Коэффициент мощности, cos ц не наименее
0,7
Выход
Выходное напряжение неизменного тока, В
230
Спектр регулирования напряжения при отключенной АБ, В
180242
Точность стабилизации выходного напряжения, %
±1
Коэффициент пульсации выходного напряжения
при номинальной перегрузке и параллельной работе АБ и ПЗУ, не наиболее, %
±0.3
Номинальная выходная мощность, кВт
6,9
Система заряда АБ
DIN 41773 (I/U)
Рабочая температура,°С
+1 … +35
7. Расчет нагрузок, выбор трансформатора и схемы питания собственных нужд
Мощность потребителей собственных нужд подстанций невелика (50–300 кВт), потому они питаются от сети 380/220 В.
Для их питания предусматривается установка 2-ух трансформаторов собственных нужд (ТСН), мощность которых выбирается в согласовании с перегрузкой с учетом допускаемой перегрузки при отказах и ремонте 1-го из трансформаторов. В курсовом проекте нагрузку с.н. допустимо оценивать приблизительно на основании данных таблиц П6.1, П6.2 [10]. Произведём приблизительный расчёт мощностей трансформаторов, для что сведём в таблицу 7.1 мощности потребителей собственных нужд, приняв при всем этом для двигательной перегрузки cosц = 0,85, а для других потребителей cosц =1.
Таблица 7.1 – Мощности потребителей проектируемой подстанции
пользователь
Установленная мощность
Cosц о.е.
Перегрузка
Р, кВт
Кол-во
Всего кВт
Руст, кВт
Qуст, кВАр
Остывание ТДТН-63000/110
4,5
2
9
0,85
9
5,58
Обогрев выключателей ВРС-110
0,5
3
1,5
1
1,5
–
Обогрев выключателей ВР35НСМ
0,5
7
3,5
1
3,5
–
Мощность эл. двиг. завода включающих пружин выключателя ВРС-110
0,75
3
2,25
0,85
2,25
1,4
Отопление, освещение, вентиляция ЗРУ 10кВ и ОПУ
–
–
10
1
10
–
Освещение ОРУ-110
–
–
2
1
2
–
Освещение ОРУ-35
–
–
4
1
4
–
Обогрев ячеек КРУ
1
26
26
1
26
–
ШУОТ
10,4
1
10,4
0,7
10,4
10,6
Итого
68,65
17,58
Суммарная расчетная перегрузка потребителей собственных нужд Sрасч, кВА определяется по формуле:
(7.1)
где Кс=0,8 – коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты загрузки и одновременности.
Избираем два трансформатора собственных нужд марки ТСЗ-63/10/0,4:
Sном.=63кВА, Uн1=10кВ, Uн1=0,4кВ, uк=4,5%.
При выключении 1-го трансформатора 2-ой будет загружен:
.
;
.
Условие производится, т.е. трансформаторы выбраны правильно.
Наибольший ток ТСН ImaxТСН, А рассчитывается по формуле
(7.2)
.
Для защиты ТСН от недлинного замыкания и перегрузок избираем предохранитель ПКТ-10-5-20 У3, выбор осуществляется по условиям, представленным в таблице 7.2.
Таблица 7.2 Условия выбора предохранителя
Технические характеристики
Условие выбора
Расчетные данные
Uном=10кВ
Uс.ном=10кВ
Iном=5А
IмахТСН=3,3А
Iотк.ном=20кА
=12,5кА
ТСН присоединяем через предохранители к вводам 10кВ основных трансформаторов до выключателей вводов в РУ-10кВ. Вторичным напряжением 380/220В от ТСН запитывается щит собственных нужд, выполняемый по схеме одиночной системы сборных шин, секционированных автоматическим выключателем. Щит собственных нужд устанавливается в закрытом помещении РУ-10кВ.
]]>