Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и образования Республики Казахстан

Карагандинский государственный технический университет

Кафедра электроснабжения и электротехники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе

по специальности "Электрическое оборудование станций и подстанций"

Тема: "Расчёт электрической части подстанции"

2004

Задание

Рисунок 1. Расчётная схема

Таблица 1. Исходные данные.

SПС, МВА	SКЗ, МВА	UВН, кВ	UНН, кВ	Нагрузка РУНН, %
2,2	24	35	6	40	30	10	10	10

Содержание

• Введение
• 1. Анализ работы схемы подстанции в нормальном и послеаварийном режимах работы
• 1.1 Анализ работы схемы подстанции в нормальном режиме
• 1.2 Анализ работы схемы подстанции в аварийном и после аварийном режиме работы
• 2. Расчет токов в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах работы
• 3. Расчёт токов короткого замыкания
• 4. Выбор силовых трансформаторов
• 5. Выбор выключателей
• 6. Выбор разъединителей
• 7. Выбор шин, токопроводов и кабелей
• 7.1 Выбор токопровода для ОРУ 35 кВ
• 7.2 Выбор шин для ЗРУ 6кВ
• 7.3 Выбор кабелей для линий потребителей
• 8. Выбор изоляторов
• 8.1 Выбор опорных изоляторов
• 8.2 Выбор проходных изоляторов
• 9. Выбор трансформаторов тока и напряжения
• 9.1 Выбор трансформаторов тока
• 9.2 Выбор трансформаторов напряжения
• 10. Выбор разрядников
• 11. Компоновка электрооборудования подстанции
• 11.1 Выбор КРУ
• 11.2 Компоновка РУ
• Заключение
• Список использованных источников

Введение

ток замыкание электрооборудование подстанция

В области энергетики продолжается непрерывное увеличение производства электроэнергии, создание объединённых и единых энергетических систем и их развитие, рост числа и мощностей электрических станций, а также дальнейшее развитие автоматизированных систем управления и повышение их эффективности.

Электроснабжение в настоящее время осуществляется преимущественно от электростанций с агрегатами большой мощности (до 800--1200 МВт в единице на тепловых электростанциях и 500--640 МВт на гидравлических). Наиболее крупные тепловые электростанции достигают мощности 3600 МВт, атомные-- 500 МВт, а гидравлические--6000 МВт.

При этом основной тенденцией развития энергетики является увеличение мощностей отдельных агрегатов и электростанций в целом.

Все элементы электрических станций и подстанций должны надёжно работать в условиях нормальных длительных режимах, а также обладать достаточной термической и динамической стойкостью при возникновении самых тяжёлых коротких замыканий. Поэтому при выборе аппаратов, шин, кабелей, выключателей и других элементов очень важна проверка соответствия их параметров в длительных рабочих режимах и в кратковременных аварийных режимах, которые могут возникнуть при эксплуатации электростанций или подстанций.

Кроме того, следует учитывать влияние окружающей среды и условий работы, так как эти условия могут потребовать применение оборудования специального исполнения, обладающего повышенной надёжностью

Основными параметрами оборудования, которые должны соответствовать условиям рабочего (нормального) режима работы, являются напряжение и номинальный ток.

1. Анализ работы схемы подстанции в нормальном и послеаварийном режимах работы

1.1 Анализ работы схемы подстанции в нормальном режиме

Энергия с линии Л1 через линейные разъединители QS1, QS3, высоковольтный выключатель Q1,силовой трансформатор T1 и выключатель Q4, подаётся на секцию сборных шин B1, с которой происходит дальнейшее распределение электроэнергии по потребителям через линии W1--W5.

Энергия с линии Л2 через линейные разъединители QS2, QS4, , высоковольтный выключатель Q2, силовой трансформатор T2, высоковольтный выключатель Q5 подаётся на секцию сборных шин B2, с которой происходит дальнейшее распределение электроэнергии по потребителям через линии W1--W5.

Линии Л1 и Л2 соединены между собой посредством перемычки с разъединителями QS5, QS6 и высоковольтным выключателем Q3.

Секционный выключатель QB при нормальном режиме работы подстанции выключен, что обеспечивает раздельное питание двух секций сборных шин B1 и B2, выключатель Q3 включен, обеспечивая транзит.

1.2 Анализ работы схемы подстанции в аварийном и после аварийном режиме работы

При коротком замыкании на одной из линий, например, на линии Л1 отключается высоковольтный выключатель Q1, далее выключается высоковольтный выключатель Q3, и включается секционный выключатель QB. Питание потребителей происходит через силовой трансформатор Т2. Отключение неповреждённого трансформатора Т1 является недостатком рассматриваемой схемы. Аналогично при коротком замыкании на линии Л2 она отключается и питание потребителей происходит через линию Л1.

При коротком замыкании в одном из силовых трансформаторов, например, трансформаторе Т1 отключают выключатели Q1 и Q4, выключатель Q3 остаётся в работе и включается секционный выключатель QB. Это обеспе6чивает общее питание секций сборных шин В1 и В2 через силовой трансформатор Т2 и линии Л1,Л2. Аналогично при повреждении трансформатора Т2 он отключается от схемы подстанции, а питание потребителей происходит через линии Л1,Л2 и силовой трансформатор Т1.

2. Расчет токов в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах работы

Данная подстанция имеет два источника питания напряжением 35 кВ и десять линий потребителей напряжением 6 кВ.

Выбор оборудования производится по условиям работы в наиболее тяжёлом режиме работы - послеаварийном.

Ток, протекающий через оборудование подстанции при нормальном режиме работы, определяется по формуле:

,

где: S_ПС--мощность подстанции, МВ·А;

U--напряжение на высокой или низкой стороне, кВ.

Ток нормального режима на стороне высокого напряжения подстанции:

.

Ток нормального режима на стороне низкого напряжения подстанции:

.

Ток, протекающий через оборудование подстанции при послеаварийном режиме работы, определяется по формуле:

, А,

где: I_нор--ток при нормальном режиме работы, А.

Ток послеаварийного режима на стороне высокого напряжения подстанции:

.

Ток послеаварийного режима на стороне низкого напряжения подстанции:

.

Все токи найдены для подстанции в целом, поэтому для отдельной ветви будут в два раза меньше.

Расчеты представлены в таблице 2.

Таблица 2. Токи для одной ветви подстанции

Iнорм.вн	Iнорм.нн	Iмах..вн	Iмах..нн	Iкз.вн	Iкз.нн
9	53	18	106	198	1155

Определяем токи проходящие через потребительские линии подстанции(линии W1--W5) с учётом процентной нагрузки по линиям при нормальном и послеаварийном режимах работы .

Ток при нормальном режиме работы подстанции на линии W1:

.

Ток при нормальном режиме работы подстанции на линиях W2:

.

Ток при нормальном режиме работы подстанции на линии W3,W4,W5:

.

Ток при послеаварийном режиме работы подстанции на линии W1:

.

Ток при послеаварийном режиме работы подстанции на линиях W2:

.

Ток при послеаварийном режиме работы подстанции на линии W5,W3,W4:

.

3. Расчёт токов короткого замыкания

Токи короткого замыкания определяются из выражения:

,

где: S_КЗ--мощность подстанции в режиме короткого замыкания, МВ·А;

U--напряжение на высокой или низкой стороне, кВ.

Ток короткого замыкания на стороне высокого напряжения:

Ток короткого замыкания на стороне низкого напряжения:

При дальнейших расчётах оборудования подстанции принимаем условие что мощность подстанции стремится к бесконечности поэтому апериодическая составляющая тока короткого замыкания в момент времени t=0 равна апериодической составляющей тока короткого замыкания в момент времени t=ф и равна току короткого замыкания.

4. Выбор силовых трансформаторов

Выбор силовых трансформаторов производится с учётом того, нормальным режимом работы трансформатора, при котором увеличивается срок действия его работы, считается режим, при котором трансформатор загружен на 65-70% от его номинальной мощности. Поэтому мощность силового трансформатора определяется из выражения:

,

где:S_пс--мощность рассчитываемой подстанции, МВ·А.

Отсюда:

.

Согласно этому по каталогу выбираем трансформатор 2?ТМН - 1600 35/10,5.

Основные параметры трансформатора представлены в таблице 3.

Проведём проверку трансформатора в нормальном режиме:

,

где S_тр.н - номинальная каталожная мощность трансформатора.

Отсюда следует, что в нормальном режиме трансформатор нагружен на 68 %.

Тогда в послеаварийном режиме:

,

таким образом, в послеаварийном режиме трансформатор нагружен на 130%, что является нормальным.

Таблица 3. Технические данные трансформаторов Т1,Т2.

Тип	Номинальная мощность, кВА	Верхний предел номин. напряж., кВ	Потери, кВт	Uk, %	Ik, %	Макс. размеры, м	Полн. масса, т
		ВН	НН	ДPx	ДPкз
ТМН -1600 35/10,5	1600	35	10,5	3,56	16,5	6,5	1,4	2,65	2,3	3,4	7

5. Выбор выключателей

Выключатель является основным аппаратом в электрических установках, он служит для отключения и включения цепи в любых режимах: длительная нагрузка, перегрузка, короткое замыкание, холостой ход, несинхронная нагрузка. Наиболее тяжелой операцией является отключение короткого замыкания и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям предъявляются следующие требования:

- надежное отключение любых токов;

- быстрота действия, т.е. наименьшее время отключения;

- быстрое включение выключателя сразу же после отключения (автоматическое повторное включение);

- легкость ревизии и осмотра контактов;

- взрыво- и пожаробезопасность;

- удобство транспортировки и эксплуатации.

При выборе выключателей необходимо учитывать 12 различных параметров, но, так как заводами--изготовителями гарантируется определённая зависимость параметров, то допустимо производить выбор выключателей по важнейшим параметрам:

а) по напряжению установки.

U_уст ? U_ном

б) по длительному току I_ном - наибольший длительный ток, который аппарат способен проводить длительное время при номинальном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура аппарата не должна превышать допустимых значений.

I_норм ? I_ном

I_мах ? I_ном

в) по отключающей способности:

I_КЗ ? I_отк

где: I_отк--номинальный ток отключения по каталогу.

г) на электродинамическую стойкость:

по действующему значению

I_КЗ ? I_пр,с.

где: I_КЗ--ток короткого замыкания на стороне высшего напряжения, кА;

I_пр,с.--действующее значение предельного сквозного тока короткого замыкания (по каталогу), кА.

по амплитудному значению

i_у ? i_пр,с

где: i_у--ударный ток короткого замыкания в цепи, кА;

i_пр,с--амплитудное значение предельного сквозного тока короткого замыкания, кА.

Ударный ток определяется из выражения:

где: К_уд - ударный коэффициент К_уд=1,6, по[2];

I_КЗ - ток короткого замыкания, А.

д) по термической стойкости.

где: В_k - тепловой импульс по расчёту; кА²с

I_T--предельный ток термической стойкости(по каталогу), кА;

t_Т - длительность протекания тока термической стойкости (по каталогу), с.

Тепловой импульс определяем по выражению:

.

где: Т_а - постоянная времени затухания апериодической составляющей тока короткого замыкания, Т_а =0,02 с, согласно [2];

t_отк - время отключения, с.

Согласно ПУЭ[1] время отключения t_отк складывается из времени действия основной релейной защиты данной цепи t_р,з и полного времени отключения выключателя t_о,в:

где: t_р,з - время срабатывания релейной защиты, t_РЗ=0,1с;

t_о,в - полное время отключения выключателя, с.

Произведем выбор выключателей Q1, Q2, Q3 на стороне высокого напряжения. Выбираем выключатель С-35-630-10У1 (привод ППЭ-11Б). Проверяем его по всем вышеперечисленным условиям:

1) U_ВН = U_ном = 35 кВ.

2) I_норм < I_ном,

А < 630 А,

I_мах < I_ном,

А < 630 А.

3) I_п.0. <I_пр,с,

8 А < 10000 А.

4) i_уд < i_пр,с ,

,

8 А < 26000 А,

5)

8 кА²с < 500000 кА²с

Выключатель данной марки проходит по всем условиям.

Выбор выключателей представлен в таблице 4.

Таблица 4. Технические характеристики выключателей.

Условия выбора	Выключатель ВН. С-35М-630-10У1	Выключатель НН. ВМП - 10К - 600/350
	Расчётные данные	Каталожные данные	Расчётные данные	Каталожные данные
1.Uуст ? Uном 2.Iнорм ? Iном Iмах ? Iном 3. IКЗ ?I отк 4.IКЗ ? Iпр,с iу ? iпр,с 5.Bк ? I2ТtT	Uуст = 35 кВ Iнорм = 9 А Iмах = 18 А IКЗ = 198 А IКЗ = 198 А iу = 448 А Bк = 6,665кА2с	Uном = 35 кВ Iном = 630 А Iном = 630 А Iотк = 10 кА Iпр,с = 10 кА iпр,с = 26 кА I2ТtT =500МА2с	Uуст = 6 кВ Iнорм = 53 А Iмах = 106 А IКЗ = 1155 А IКЗ = 1155 А iу = 2613 А Bк = 0,32 МА2с	Uном = 10 кВ Iном = 600 А Iном = 600 А Iотк = 20 кА Iпр,с = 30 кА iпр,с = 52 кА I2ТtT = =2000МА2с

6. Выбор разъединителей

При ремонтных работах разъединителем создается видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами выведенными в ремонт.

Разъединителями нельзя отключать токи нагрузки, так как контактная система не имеет дугогасительных устройств и в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к междуфазному КЗ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Перед операцией разъединителем цепь должна быть разомкнута выключателем.

Однако для упрощения схем электроустановок допускается использовать разъединители для производства следующих операций:

- отключение и включение нейтралей трансформаторов и заземляющих дугогасящих реакторов при отсутствии в сети замыкания на землю;

- отключения и включения зарядного тока шин и оборудования всех напряжений (кроме батарей конденсаторов);

- отключения и включения нагрузочного тока до 15 А трехполюсными разъединителями наружной установки при напряжении 10 кВ и ниже;

- разъединителем разрешается производить также операции, если он надежно шунтирован низкоомной параллельной цепью (шиносоединительным или обходным выключателем);

- разъединителями и отделителями разрешается отключать и включать незначительный намагничивающий ток силовых трансформаторов и зарядный ток воздушных и кабельных линий.

Отключаемый разъединителем ток зависит от его конструкции (вертикальное или горизонтальное расположение ножей), от расстояния между полюсами, от номинального напряжения установки, поэтому допустимость такой операции устанавливается инструкциями и директивными указаниями.

Выбор разъединителей производится по параметрам:

а) по напряжению установки.

U_уст ? U_ном,

б) по длительному току I_ном - наибольший длительный ток, который аппарат способен проводить длительное время при номинальном напряжении, номинальной частоте и номинальной температуре воздуха, при этом температура аппарата не должна превышать допустимых значений.

I_норм ? I_ном,

I_мах ? I_ном,

в) на электродинамическую стойкость:

по амплитудному значению

i_у ? i_пр,с,

Ударный ток определяется из выражения:

,

г) по термической стойкости:

.

Тепловой импульс определяем по выражению:

.

.

Производим выбор разъединителей QS1-QS6 на стороне высокого напряжения. Выбираем разъединители наружной установки типа РЛНД - 2 - 35/600. Проверяем его по условиям:

1) U_ВН = U_ном =35 кВ

2) I_норм < I_ном

А < 600 А

I_мах < I_ном

А < 600 А

3) i_уд < i_пр,с

8 А < 80000 А

4)

,665 кА²с < 1440000 кА²с

Разъединитель данной марки проходит по всем условиям.

Выбор всех разъединителей представлен в таблице 5.

Таблица 5. Технические характеристики разъединителей.

Условия выбора	Разъединитель ВН. РЛНД - 2 - 35/600	Разъединитель НН. РВЗ - 6/400
	Расчётные данные	Каталожные данные	Расчётные данные	Каталожные данные
1.Uуст ? Uном 2.Iнорм ? Iном Iмах ? Iном 3.iу ? iпр,с 4.Bк ? I2ТtT	Uуст = 35 кВ Iнорм = 9 А Iмах = 18 А iу = 448 А Bк =6,665 кА2с	Uном =35 кВ Iном = 600 А Iном = 600 А iпр,с = 80 кА I2ТtT = =1440 МА2с	Uуст = 6 кВ Iнорм = 53 А Iмах = 106 А iу = 2613 А Bк = 0,32 МА2с	Uном = 10кВ Iном = 1000А Iном = 1000А iпр,с = 120кА I2ТtT = =1000 МА2с

7. Выбор шин, токопроводов и кабелей

Шины и токопроводы предназначены для жёсткого соединения электрических аппаратов на подстанции. Главная их задача--пропускать через себя электрический номинальный ток и различные аварийные токи без разрушения.

7.1 Выбор токопровода для ОРУ 35 кВ

В РУ 35 кВ применяются токопроводы выполненные проводами марки АС. Сечение токопроводов выбирается:

а) по экономической плотности тока

где: q_эк--экономическое сечение токопровода, мм²;

j_эк--нормированная экономическая плотность тока, А/м.

.

б) по длительному допустимому току

I_мах ? I_доп,

где: I_доп--допустимое номинальное значение тока в проводе, А.

Выбираем провод марки АС 10/1,8 с допустимым током I_доп =80А и сечением 10 мм².

18 А < 80 А.

в) по термическому действию тока короткого замыкания:

,

где: q_min--минимальное сечение проводника, отвечающее требованию его термической стойкости при коротком замыкании, мм²;

С - коэффициент по каталогу, С = 88 Ас^1/2/мм² по [2];

q--сечение выбранного провода, мм²;

B_k--тепловой импульс, кА²с.

,

0,93 мм² < 10 мм² .

г) по электродинамическому действию тока короткого замыкания (проверка на схлестывание).

Определяем усилие от длительного протекания тока короткого замыкания:

,

где: I_п,0 - действующее значение апериодической составляющей тока короткого замыкания (равна I_КЗ), А;

D--расстояние между фазами (для 35 кВ равно 1,5м), м.

.

Определяем силу тяжести одного метра провода по формуле:

,Н,

где: m--масса одного метра токопровода, кг/м.

.

Определяем отношение:

.

Задаваясь стрелой провеса h, определяют следующее отношение:

,

где: t_эк--эквивалентное по импульсу время действия быстро действующей защиты, с, t_эк=0,1с, ([2]); h--стрела провеса, м.

Максимальная стрела провеса h зависит от пролёта, натяжения проводов, минимального допустимого расстояния до земли, условий монтажа и других факторов. Для ОРУ h обычно не более 2-2,5м. Принимаем h=2м ([2]).

Для цепей генераторов и трансформаторов:



где: t_з--действительная выдержка времени защиты от токов короткого замыкания, с, t_з=0,1с.

Отсюда:

.

По диаграмме в зависимости от определяем отклонение провода. Отклонение провода b=0,02 м.

Найденное значение сравнивается с максимально допустимым, которое определяется из формулы:

,

где: d--диаметр токопровода, м;

a_доп--наименьшее допустимое расстояние в свету между соседними фазами в момент их наибольшего сближения, м, a_доп=0,2 м.

.

Проверяем условие:

,

0,02 м < 1,3 м.

д) проверка по условиям коронирования.

Определяем максимальное значение начальной критической напряжённости электрического поля, кВ/см:

,

где: m--коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для многопроволочных проводов m=0.82);

r₀--радиус провода, см.

.

Напряжённость электрического поля около поверхности нерасщепленного провода определяется по выражению:

,

где: U--линейное напряжение, кВ;

D_ср--среднее геометрическое расстояние между проводами фаз, см.

При горизонтальном расположении фаз:

,

,

.

Провода не будут коронировать, если наибольшая напряжённость поля у поверхности любого провода не более 0,9E₀. Таким образом условие для проверки провода на корону:

1,07E ? 0,9E₀,

8,8 кВ/см < 36,6 кВ/см.

Провод данной марки проходит по всем параметрам.

7.2 Выбор шин для ЗРУ 6кВ

В ЗРУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими алюминиевыми шинами.

Выбираем шины прямоугольного сечения, алюминиевые, однополосные, сечением h?b=20мм?3мм=60мм². Допустимый ток I_доп=215А.

Выбранные шины проверяются по следующим параметрам:

а) по длительному допустимому току

I_мах ? I_доп,

106 А < 215 А,

б) по термической стойкости при коротком замыкании:

,

,

6,4 мм² < 60 мм².

в) по динамической стойкости

Наибольшее удельное усилие при коротком замыкании определим по формуле:

,

где: i_у--ударный ток при коротком замыкании, А;

a--расстояние между соседними фазами, м;

K_ф--коэффициент учитывающий форму проводника.

Так как расстояние между фазами значительно больше периметра шин a>>2(b+h), то коэффициент формы K_ф=1, а расстояние между фазами принимаем a =1 м.

.

Равномерно распределённая сила f создаёт изгибающий момент, определяемый по формуле:

где: l--длина пролёта между изоляторами, м.

Жесткие шины можно расположить двумя способами: на "ребро" и "плашмя". Для того чтобы найти длину пролёта между изоляторами, необходимо найти момент инерции для двух случаев:

1) Если шины расположены на "ребро":

,

где b и h - размеры поперечного сечения шин, см.

.

Отсюда l = 0,3 м.

2) При расположении шин "плашмя":

,

.

Отсюда l = 1 м.

Второй вариант расположения шин на изоляторах позволяет увеличить длину пролёта до 1 м, что даёт экономию изоляторов. Поэтому принимаем вариант расположения шин "плашмя", пролёт между изоляторами l = 1 м.

Тогда

.

Находим момент сопротивления шины относительно оси, перпендикулярной действию усилия:

.

Напряжение в материале шины при воздействии изгибающего момента, МПа:

.

Шины механически прочны, если:

у_расч ? у_доп

где: у_доп--допустимое механическое напряжение в материале шин, МПа.

Для алюминия марки А0 допустимое механическое напряжение у_доп = 70 МПа ([2]).

0,58 МПа < 70 МПа.

Шины данной марки проходят по всем параметрам.

7.3 Выбор кабелей для линий потребителей

Потребители 6-10 кВ получают питание по кабельным линиям, которые сначала прокладываются в кабельных туннелях в распределительном устройстве, а затем в траншеях в земле.

В зависимости от места прокладки, свойств среды, механических усилий, воздействующих на кабель, рекомендуются различные марки кабелей.

Выбираем кабель марки АВВГ, для прокладки в туннелях, каналах, кабельных полуэтажах и производственных помещениях.

Сечение кабелей выбирается по следующим параметрам:

а) по напряжению установки:

U_уст ? U_ном ;

б) по допустимому току:

I_мах ? I_доп ,

где: I_доп--длительно допустимый ток с учётом поправки на число рядом положенных в земле кабелей k₁ и на температуру окружающей среды k₂:

;

в) по термической устойчивости:

,

.

Произведём выбор кабеля для линии потребителя W1 повыше приведённым параметрам.

Выбираем трёх жильный кабель сечением 3?6, значение номинального допустимого тока I_{доп,ном} = 46А.

1) 6кВ = 6кВ;

2) ,

А < 46 А;

3) ,

мм² < 6 мм².

Кабель данного сечения проходит по всем параметрам.

Выбор всех кабелей сводим в таблицу 6.

Таблица 6. Технические характеристики кабелей.

Парам. выбора.	АВВГ 3?6 (линия W1)	АВВГ 3?4 (линия W2)	АВВГ 3?2,5 (линия W5, W3,W4)
	Расчёт. данные	Каталож. данные	Расчёт. данные	Каталож. данные	Расчёт. данные	Каталож. данные
Uуст ? Uном Iмах ? Iдоп qmin ? qном	Uуст =6кВ Iмах =42А qmin = = 4 мм2	Uном = =6кВ Iдоп = =46 А q = =6 мм2	Uуст =6кВ Iмах =32 А qmin = = 3,5мм2	Uном = =6кВ Iмах = =38 А q = =4 мм2	Uуст =6кВ Iмах =11 А qmin = =2 мм2	Uном = =6кВ Iмах = =29А q= 2,5 мм2

8. Выбор изоляторов

В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных изоляторах.

8.1 Выбор опорных изоляторов

Жёсткие шины крепятся на опорных изоляторах, выбор которых производится по следующим условиям:

а) по номинальному напряжению:

U_уст ? U_ном

б) по допускаемой нагрузке:

F_расч ? F_доп

где: F_расч--сила действующая на изолятор, Н;

F_доп--допустимая нагрузка на головку изолятора, Н.

F_доп = 0,6 F_разр,

где: F_разр--разрушающая нагрузка на изгиб (по каталогу), Н.

При вертикальном или горизонтальном расположении изоляторов всех фаз расчетная сила определяется из выражения:

где: k_h--поправочный коэффициент на высоту шины, если она расположена на "ребро".

,

где: H_из--высота изолятора, мм.

Произведём выбор изоляторов по выше перечисленным параметрам. Принимаем изолятор марки ОФ-6-375.

1) 6 кВ = 6 кВ

2)

,16 Н < 2250Н

Коэффициента k_h в данном случае нет, так как шины расположены плашмя.

Изолятор данной марки проходит по всем параметрам.

8.2 Выбор проходных изоляторов

Проходные изоляторы выбираются последующим параметрам:

а) по номинальному напряжению:

U_уст ? U_ном

б) по номинальному току:

I_max ? I_ном

в) по допускаемой нагрузке:

F_расч ? F_доп

Для проходных изоляторов расчётная сила определяется из выражения:

Осуществим выбор проходных изоляторов.

Принимаем изолятор марки П-6/250-375.

1) 6кВ < 6кВ;

2) 106 А < 250 А;

3) ,

,

,58 Н < 2250 Н.

Изолятор данной марки проходит по все параметрам.

9. Выбор трансформаторов тока и напряжения

9.1 Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока предназначены для уменьшения первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерительных приборов и защиты от первичных цепей электрооборудования.

Трансформаторы выбираются по следующим параметрам:

а) по напряжению установки.

U_уст ? U_ном;

б) по току:

I_норм ? I_1ном,

I_мах ? I_1ном;

в) по электродинамической стойкости:

,

где: i_у--ударный ток короткого замыкания по расчету, А;

k_эд--кратность термической стойкости (по каталогу);

I_1ном--номинальный первичный ток трансформатора тока, А.

г) по термической стойкости:

,

где: k_T--кратность термической стойкости (по каталогу).

д) по вторичной нагрузке:

z₂ ? z_2ном

Индуктивное сопротивление токовых цепей не велико, поэтому z₂?r₂. Вторичная нагрузка определяется из выражения:

где: r_приб--сопротивление приборов, Ом;

r_пр--сопротивление соединительных проводов, Ом;

r_к--сопротивление контактов, Ом.

Сопротивление приборов определяется по выражению:

где: S_приб--мощность, потребляемая приборами, В·А;

I₂--вторичный номинальный ток прибора, А.

Сопротивление контактов принимается равным 0,1 Ом. Сопротивление соединительных проводов зависит от их длинны и сечения. Чтобы выбранный трансформатор работал в выбранном классе точности , необходимо соблюдать условие:

Откуда:



Далее определяем сечение соединительных проводов:

где: l_расч--расчётная длина, зависящая от схемы соединения трансформаторов тока.

Произведём выбор трансформаторов тока на сторону высокого напряжения рассчитываемой подстанции по перечисленным выше параметрам.

Принимаем трансформатор марки ТФН - 35М, z_2ном=0,8 Ом, класс точности 0,5.

1) 35кВ = 35кВ;

2) 9 А < 20 А; 18 А < 20 А;

3) ,

8 А < 2828А;

4) ,

,665 кА²с < 4563 кА²с.

5) Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке составляем таблицу 7.

Таблица 7. Вторичная нагрузка трансформатора тока ВН.

Прибор	Тип	Нагрузка фазы, В·А.
		А	В	С
1.Амперметр (выключатель) 2.Амперметр (линия 35кВ) 3.Счётчик активной энергии 4.Счётчик реактивной энергии	Э-335 Э-335 И-680 И-676	0,5 0,5 2,5 2,5	0,5 0,5	0,5 0,5 2,5 2,5
Итого:		6	1	6

Принимаем кабель АСГТ сечением 70 мм².

Трансформатор тока проходит по всем параметрам.

Выбираем трансформаторы тока на низкую сторону рассчитываемой подстанции.

Принимаем трансформатор марки ТПОЛ-10 с номинальным током первичной обмотки 600 А и классом точности 0,5, для цепи трансформатора и секционного выключателя.

1) 6 кВ < 10 кВ;

2) 53 А < 600 А, 106 А<600 А;

3) ,

,6 кА <136 кА;

4) ,

0 кА²с < 1521000 кА²с.

5) Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке составляем таблицу 8.

Таблица 8. Вторичная нагрузка трансформатора тока НН

Прибор	Тип	Нагрузка фазы, В·А.
		А	В	С
1.Амперметр 2.Амперметр (секционный выключатель) 3.Счётчик акт. энергии 4.Счётчик реакт. энергии 5. Ваттметр 6. Варметр	Э-335 Э-335 И-680 И-676 Д-305 Д-335	0,5 0,5 2,5 2,5 0,5 0,5	0,5 0,5 0,5	0,5 0,5 2,5 2,5 0,5 0,5
Итого:		7	1,5	7

Принимаем кабель АСГТ сечением 60 мм². Трансформатор тока проходит по всем параметрам. Принимаем трансформатор марки ТПОЛМ-10 с номинальным током первичной обмотки 400 А и классом точности 0,5, для линий потребителей, по потребителю с максимальным током.

1) 6 кВ < 10 кВ;

2) 21 А < 400 А, 42 А< 400 А;

3) ,

,1 кА < 88 кА;

4) ,

8 кА²с < 676000 кА²с;

5) Для проверки трансформатора тока по вторичной нагрузке составляем таблицу 9.

Таблица 9. Вторичная нагрузка трансформатора тока для W1-W5.

Прибор	Тип	Нагрузка фазы, В·А.
		А	В	С
1.Амперметр 2.Счётчик активной энергии 3.Счётчик реактивной энергии	Э-335 И-680 И-676	0,5 2,5 2,5	0,5	0,5 2,5 2,5
Итого:		5,5	0,5	5,5

Принимаем кабель АСГТ сечением 10 мм².

Трансформатор тока проходит по всем параметрам.

9.2 Выбор трансформаторов напряжения

Трансформаторы напряжения предназначены для понижения высокого напряжения до стандартной величины и для отделения цепей измерительных приборов и релейной защиты от цепей высокого напряжения. Для безопасности обслуживания один из выводов вторичной обмотки заземляют.

Трансформаторы напряжения выбираются по следующим параметрам:

а) по напряжению установки:

U_уст ? U_ном;

б) по вторичной нагрузке:

S_2У ? S_ном,

где: S_ном--номинальная мощность в выбранном классе точности, В·А;

S_2У--нагрузка всех измерительных приборов, присоединённых к трансформатору напряжения, В·А.

где: P_приб--активная мощность приборов, Вт;

Q_приб--реактивная мощность приборов, В·А.

Выбираем трансформатор напряжения на стороне высшего напряжения рассчитываемой подстанции. Принимаем трансформатор марки НОМ-35-66, класс точности 0,5, S_ном=150 В·А.

1) 35 кВ = 35 кВ;

2) Подсчёт нагрузки основной обмотки сведён в таблицу 10.

,

В·А < 150 В·А.

Таблица 10. Нагрузка основной обмотки трансформатора напряжения ВН

Прибор	Тип	Потребляемая мощность одной катушки, В·А	Число катушек	Число приборов	Общая потребляемая мощность
					P, Вт	Q, ВА
Вольтметр Счетчик активной энергии Счётчик реактивной энергии	Э-335 И-680 И-676	2 2Вт 3Вт	1 2 2	2 1 1	4 4 6	9,7 14,5
Итого:					14	24,2

Выбранный трансформатор будет работать в данном классе точности.

Выбираем трансформатор напряжения на стороне низшего напряжения рассчитываемой подстанции. Принимаем трансформатор марки НОМ-6, класс точности 3, S_ном = 200ВА.

1) 6кВ = 6кВ;

2) Подсчёт нагрузки основной обмотки сведён в таблицу 11.

,

2 В·А < 200 В·А.

Таблица 11. Нагрузка основной обмотки трансформатора напряжения НН

Прибор	Тип	Потребляемая мощность одной катушки, ВА	Число катушек	Число приборов	Общая потребляемая мощность
					P, Вт	Q, ВА
Вольтметр Счетчик активной энергии Счётчик реактивной энергии Ваттметр Частотомер	Э-335 И-680 И-676 Д-305 Э-371	2 2Вт 3Вт 2 3	1 2 2 2 1	2 6 6 1 1	4 24 36 4 3	58,2 87
Итого:					71	145,2

Выбранный трансформатор будет работать в данном классе точности.

10. Выбор разрядников

Вентильный разрядник заключён в фарфоровый корпус и состоит из последовательно включённых многократных искровых промежутков и рабочего сопротивления, выполненного в виде велитовых дисков, имеющего нелинейную вольт-амперную характеристику и обладающего способностью снижать сопротивление при повышении напряжения на нём. Благодаря этому при высоких импульсных напряжениях через разрядник протекают большие токи. Вентильные разрядник применяются для защиты подстанции. Они размещаются недалеко от силовых трансформаторов и являются основными средствами защиты оборудования от перенапряжений. Вентильные разрядники выбираются по номинальному напряжению установки.

Для стороны высокого напряжения принимаем вентильные разрядники марки РВМ-35.

Для стороны низкого напряжения принимаем вентильные разрядники марки РВП-6.

Технические данные разрядников представлены в таблице 12.

Таблица 12. Технические данные разрядников

Тип	Номинальное напряжение, кВ	Допустимое напряжение, кВ	Пробивное напряжение, кВ
			Не менее	Не более
РВМ-35	35	40,5	75	90
РВП-6	6	7,6	16	19

11. Компоновка электрооборудования подстанции

11.1 Выбор КРУ

Для ЗРУ рассчитываемой подстанции выбираем шкаф серии К-12 с выключателем марки ВМП - 10К - 600/350.

Шинный ввод питания, а также секционирование сборных шин будет осуществляться в двух смежных ячейках, параметры которых представлены в таблице 14.

Таблица 13. Параметры КРУ

Номинальное напряжение, кВ	6
Номинальный ток, А	1000
Номинальный ток сборных шин, А	2000
Номинальный ток отключения, кА	20
Предельный сквозной ток, кА	52
Тип выключателя	ВМП - 10К - 600/350
Тип привода	ПЭ-11

Отвод питания к потребителю будет осуществляться в одной ячейке с параметрами приведёнными в таблице 15.

Таблица 14. Параметры КРУ

Номинальное напряжение, кВ	6
Номинальный ток, А	600
Номинальный ток сборных шин, А	2000
Номинальный ток отключения, кА	20
Предельный сквозной ток, кА	52
Тип выключателя	ВМП - 10К - 600/350
Тип привода	ПЭ-11

Общее число шкафов в ЗРУ составляет 17 штук, включая 2 шкафа с резервом и 2 шкафа с трансформаторами напряжения, по одному на каждую секцию шин.

Проверка выключателей марки ВМП - 10К - 600/350 на потребителей производится по тем же параметрам что и выключатели ВН и НН по потребителю с наибольшим максимальным током и сведена в таблицу 15.

Таблица 15. Проверка выключателей ВМП - 10К - 600/350.

Условия выбора	Выключатель ВМП - 10К - 600/350
	Расчётные данные	Каталожные данные
1.Uуст ? Uном 2.Iнорм ? Iном 3.Iмах ? Iном 4.Iкз ? Iотк 5. Iкз ? Iпр,с. 6.iу ? iпр,с 7.Bк ? I2ТtT	Uуст = 6 кВ Iнорм = 21 А Iмах = 42 А IКЗ = 462 А IКЗ = 462 А iу = 1045 А Bк = 0,128 МА2с	Uном = 10 кВ Iном = 600 А Iном = 600 А Iотк = 20 кА Iпр,с = 30 кА iпр,с = 52 кА I2ТtT = =2000 МА2с

11.2 Компоновка РУ

Закрытые распределительные устройства обычно сооружаются при напряжении 3-20 кВ.

ЗРУ должно обеспечивать надёжность работы электроустановки, что может быть выполнено только при правильном выборе и расстановке электрооборудования.

Неизолированные токоведущие части во избежания прикосновений к ним должны быть помещены в камеры или иметь специальное ограждение. Высота такого ограждения должна быть не менее 1,9 м. Ограждение должно запираться на замок.

Не изолированные токоведущие части, расположенные над полом на высоте 2,5 м, должны ограждаться сетками, причём высота прохода должна составлять не менее 1,9м. Осмотр оборудования производится из коридора обслуживания, ширина которого должна быть не менее 1 м при одностороннем расположении оборудования.

Из помещения ЗРУ предусматривается 2 выхода наружу, если ЗРУ будет иметь длину более 7м.

Расстояние между токоведущими частями элементов подстанции должно выбираться в соответствии с требованиями ПУЭ.

Все аппараты ОРУ располагаются на не высоких металлических основаниях. По территории ОРУ предусматривается проезд для возможности механизации монтажа и ремонта оборудования.

Гибкие шины крепятся при помощи подвесных изоляторов на порталах.

Под силовыми трансформаторами маслобаковыми выключателями предусматривается маслоприёмник. Кабели оперативных цепей, цепей управления, релейной защиты, автоматики прокладываются в лотках без заглубления их в почву.

В ОРУ входят:

а) на стороне ВН: 3 выключателя марки С-35-630-10У1, шесть разъединителей марки РЛНД - 2 - 35/600, два трансформатора марки ТМН - 1600 35/10,5, два измерительных трансформатора тока марки ТФН - 35М, два измерительных трансформатора напряжения НОМ-35-66, шесть разрядников марки РВМ-35.

б) на стороне НН: двадцать шкафов КРУ марки К-12, три выключателя марки ВМП - 10К - 600/350, десять выключателей марки ВМП - 10К - 600/350, три разъединителя марки РВЗ - 6/400, три измерительных трансформатора тока марки ТПОЛ-10, десять измерительных трансформаторов тока марки ТПОЛМ-10, два измерительных трансформатора напряжения марки НОМ-6, два разрядника марки РВП-6.

Заключение

В настоящие время в связи с интенсификацией производства, увеличением использования электроэнергии в различных сферах и применение различных электробытовых приборов необходимо дальнейшее развитие электроэнергетики.

Наблюдается постоянный рост единичных мощностей генераторов и суммарный рост мощностей электростанций, Увеличиваются напряжение и протяжённость линий электропередач, усложняется электрическое оборудование. Всё это выдвигает новые параметры и требования к экономичности и надёжности работы элементов системы. Эти задачи решаются на стадии проектирования электроэнергетических объектов. Таким образом, будущему специалисту необходимо получить навыки проектирования таких объектов. Эти навыки даёт выполнение данного курсового проекта.

В пояснительной записке данного курсового проекта представлены результаты проведённого расчёта, дана краткая характеристика элементов проектируемой подстанции.

Для выбора электрооборудования произведён расчёт токов в трёх режимах: нормальном, аварийном и послеаварийном.

Выбранные электрические аппараты, шины и токопроводы проектируемой подстанции проверены на устойчивость к токам короткого замыкания.

Таким образом, при выполнении данного курсового проекта расширены теоретические знания и закреплены навыки, приобретённые при изучении курса "Электрическое оборудование станций и подстанций".

Список использованных источников

1 "Правила устройства электроустановок".--Издательство ДЕАН, 2001г.

2 Рожкова Л.Д., Козулин В.С. "электрооборудование станций и подстанций".--2-е издание, Энергия 1980г.

3 "Электрическая часть станций и подстанций". Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. Под ред. Неклепаева. Изд. 2-е перераб. М., "Энергия", 1972г.

3 Двоскин Л.И. "Компоновки и конструкции распределительных устройств высокого напряжения".--Госэнергоиздат, 1960г.

4 Фёдоров А.А., Старкова Л.Е. "Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий".--Энергоиздат, 1987г.

Размещено на Allbest.ru

...