Особенности проектирования подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Суммарная установленная мощность всех электростанций Казахстана составляет 18 992.7 МВт электроэнергии. К сожалению, выработка большинства электростанций не достигает установленной мощности. Выработка по типу электростанций распределяется следующим образом:

ТЭС (тепловые электростанции) -- 87,7 %;

КЭС (конденсационная электростанция) -- 48,9 %;

ТЭЦ (теплоэлектроцентраль) -- 36,6 %;

ГТЭС (газотурбинная электростанция) -- 2,3 %;

ГЭС (гидроэлектростанции) -- 12,3 %.

Около 70 % электроэнергии в Казахстане вырабатывается из угля, 14,6 % -- из гидроресурсов, 10,6 % -- из газа и 4,9 % -- из нефти.

Тепловая энергетика.

Основной объем электроэнергии в Казахстане вырабатывают 37 тепловых электростанций, работающих на углях Экибастузского, Майкубинского, Тургайского и Карагандинского бассейнов. Крупнейшая из построенных в Казахстане -- ГРЭС-1 Экибастуза -- 8 энергоблоков с установленной мощностью 500 МВт каждый, однако в настоящее время располагаемая мощность станции составляет 2250 МВт. Наибольшую выработку электроэнергии осуществляет Аксуйская (Ермаковская) ГРЭС. В 2006 году эта станция выработала 16 % всей электроэнергии, произведённой в Казахстане.

Гидроэлектроэнергия

Экономически эффективные гидроресурсы сосредоточены в основном на востоке (горный Алтай) и на юге страны. Крупнейшие ГЭС: Бухтарминская, Шульбинская, Усть-Каменогорская (на реке Иртыш) и Капчагайская (на реке Или) обеспечивающие 10 % потребностей страны.

Потребители электроэнергии:

промышленность -- 68, 7 %

домашние хозяйства -- 9,3 %

сектор услуг -- 8 %

транспорт -- 5,6 %

сельское хозяйство -- 1,2 %.

Общая протяжённость электрических сетей общего пользования в Республике Казахстан составляет:

сети с напряжением 1150 кВ -- 1,4 тыс. км (в настоящее время эксплуатируются на напряжении 500 кВ)

сети с напряжением 500 кВ -- более 5,5 тыс. км

1.ВЫБОР ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ СХЕМЫ

Составление возможных вариантов принципиальной схемы подстанции выполняется на основании следующих данных:

- Назначение подстанций в энергосистеме

- Перетоки мощностей через подстанцию

- Наличие одного или двух распределительных устройств повышенных напряжений подстанций

Принципиальная схема подстанции определяет выполнение трансформаторных и автотрансформаторных связей между распределительными устройствами, и выбор её базируется на технико-экономических расчетах. Для подстанций с двумя или тремя напряжениями принципиальная схема определяется практически однозначно. Проектирование их сводится к выбору числа, типа и номинальной мощности необходимых трансформаторов (автотрансформаторов).

Энергия, поступающая из сети высшего напряжения (ВН), может быть распределена как на одном низшем напряжении (НН) 6-10 кВ, так и на двух напряжениях: среднем (СН) 35 кВ и более и низшем (НН) 6-10 кВ. в зависимости от количества РУ устанавливают двухобмоточные трансформаторы, или трехобмоточные, или автотрансформаторы в зависимости от режима нейтрали сети среднего напряжения.

Установка одного трансформатора возможна только на подстанции, питающей неответственные потребители (потребители третьей категории). Для электроснабжения потребителей первой и второй категории по условию надёжности, как правило, устанавливают два трансформатора. Установка большего количества трансформаторов допускается только при соответствующих технико-экономических обоснованиях.

В некоторых случаях, если мощность сети СН резко отличается (составляя не более 15%) от мощности сети НН, боле экономичным может оказаться применение 4 двухобмоточных трансформаторов вместо 2 трехобмоточных.

Трехобмоточные трансформаторы устанавливают, если Uсн = 35 кВ, при более высоком U сн устанавливают автотрансформаторы.

2.ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРОВ (АВТОТРАНСФОРМАТОРОВ)

Трансформаторы являются основным оборудованием подстанций. В связи с тем, что производство электроэнергии происходит при генераторном напряжении 6...20 кВ, передача её от электростанций на крупные районные подстанции осуществляется при напряжении 110...750 кВ. Предприятия промышленности питаются напряжением 35...220 кВ, а потребители электроэнергии на предприятиях и в быту -- напряжением 6 (10) кВ и 380/220 В. На пути электроэнергии от производителя к потребителям происходит 3 - 4 трансформации напряжения.Поэтому мощность трансформаторов в электрической системе в несколько раз больше, чем генераторов или приемников электроэнергии.

При выборе мощности трансформаторов необходимо руководствоваться шкалой стандартных номинальных мощностей, кВА, трансформаторов и автотрансформаторов:

Таблица 2.1 Шкала стандартных номинальных мощностей

10	10	25	40	63
100	160	250	400	630
1000	1600	2 500	4000	6 300
10 000	16 000	25 000	40 000	63 000
80 000	100000	125000	160000	200000
250 000	370 000	400 000	500 000	630 000
800 000	1 000 000

Как следует из приведенной шкалы, отношение (шаг) рядом стоящих номинальных мощностей принято равным 1,6 для трансформаторов и автотрансформаторов мощностью до 63 000 кВА и 1,3 для более мощных аппаратов. Типы выпускаемых отечественной промышленностью трансформаторов и автотрансформаторов указаны в справочниках.

ТДТН-63000/110-У1 - Тольяттинский Трансформатор

ТДТН-63000/110-У1- трансформатор трехобмоточный класса 110 кВ, который выпускает компания Тольяттинский Трансформатор.

Трансформаторы силовые масляные трехфазные трехобмоточные стационарные общего назначения с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) на нейтрали обмотки высшего напряжения в диапазоне 16 % 9 ступеней (± 14,24 % ± 8 ступеней) без регулирования напряжения на стороны среднего напряжения с системой охлаждения вида «М», «Д», «ДЦ» предназначены для работы на электрических сетях с глухозаземленной нейтралью.

Расшифровка условных обозначений масляных трансформаторов ТДТН-63000/110-У1, УХЛ1 СТО 15352615-001-2007:

· ТДТН ХХХ/YY У1,УХЛ1

· Т - трёхфазный

· Д - масляный с естественной циркуляцией масла и принудительной циркуляцией воздуха

· Трёх обмоточный

· Н - с регулированием напряжения под нагрузкой

· ХХХ - Номинальная мощность кВА

· YY - Класс напряжения обмотки ВН, кВ

· У1 - вид климатического исполнения.

Окружающая среда невзрывоопасная, не содержащая пыли в концентрациях, снижающих параметры изделий в недоступных пределах. Не предназначены для работы в условиях тряски, вибрации, ударов, в химически активной среде. Высота установки ТДТН над уровнем моря не более 1000 м. Масляные трансформаторы ТДТН предназначены для наружной или внутренней установки умеренного (от +40 С до -45 С) климата



Рисунок 2.2 Силовой трансформатор

Таблица 2.2 Паспортные данные силового трансформатора

Типизделия, обо-значе-ние нормативного документа	Номин альная мощность, кВ А	Номи-нальное напряжение обмоток, кВ	Схема и группа соединения обмоток	Потери, кВт	Напря-жение короткого замыкания, %	Ток холостогохода, %	Габа-ритные размеры, ммдлина х ширина х высота	Масса, кг, не более
		ВН	СН	НН		холо ло- сто- го хода	короткого замыкания	ВН-СН	ВН- НН	СН-НН			масла	полная
ТДТН-63 000/110-У1, УХЛ1 СТО 15 352 615- 001-2007	63000	115	11,0	6,6	Y11/ D/D-11- 11	45,0	270	10,5	18,0	7,0	0,28	7200 x 5250 x 6600	30 190	117 200
ТДТН-63 000/110-У1, УХЛ1 СТО 15 352 615- 001-2007	63000	115	38,5	6,6; 11,0	Y11 /Y11 /D- 0-11	45,0	270	10,5	18,0	7,0	0,28	7200 x 5250 x 6600	30 190	117 200

3. РАСЧЁТ И ВЫБОР ОБОРУДОВАНИЯ ДО 1000 В

Двигатель серии 4А160S4У1

Номинальная мощность двигателя:

P_н=15кВт

Номинальное напряжение:

U_н=380 В

Коэффициент мощности:

cos ц=0,88

Коэффициент полезного действия:

?=КПД=88,5%

Кратность пускового тока:

K_i=7

Частота вращения двигателя:

n=1465 мин^-1

Однолинейная схема

Рисунок 3.1 Однолинейная схема двигателя

Номинальный ток двигателя

А (3.1) [Л 1]

I_н ==29 А

Пусковой ток двигателя

I_п =K_i*I_н А (3.2)

I_пуск=7*29=203 А

Ток плавкой вставки

I_п.в.= А (3.3)

I_п.в.==81 А

Выбор автоматического выключателя

Автоматические выключатели - предназначены для определенных включений и отключений низковольтных электрических цепей и защиты от токов КЗ. и перегрузок, а так же от исчезновения или снижения напряжения сети.

U_авт ? U_сети

I_авт ? I_уст

I_т.р.=I_н.дв.

I_т.р.=29 А

К установке принимается автоматический выключатель серии ВА 88-33 с номинальным током 160 А

Номинальный ток теплового расцепителя 32 А

Диапазон регулировки (22ч32)

I_эмр=10*32=320 А

I_эмр ?1,25*I_пуск

Выбор предохранителя

Предохранитель - коммутационный электрический аппарат, предназначен для отключения защищаемой цепи посредством разрушения специально предусмотренных частей под действием тока, прерывающие определенные значения.

Принимается к установке распределительный щит ЩР с предохранителями ППНИ-33, габарит 0

I_п.в.=100А

Силовой щит укомплектован рубильником типа РБ

РБ-34 Выбор магнитного пускателя и теплового реле

Магнитный пускатель - предназначен для дистанционного пуска, остановки и защиты электроустановок, электродвигателей. Он, обычно, состоит из конструктивно-объединенных теплового реле и контактора. Тем не менее, в промышленности они выпускаются и без теплового реле. Предназначены для работы с трёхфазной сети.

Выбирается пускатель серии КМИ не реверсивного исполнения с тепловым реле в оболочке

КМИ 2 32 6

Тепловое реле серии РТИ

РТИ 2353

Диапазон регулировки (28ч36)

4.ВЫБОР ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

4.1.ВЫБОР РАЗЪЕДИНИТЕЛЕЙ

Рисунок 4.1 Разъединитель

Разъединитель - коммутационный аппарат предназначенный для включния и отключения электрической цепи без тока,либо с незначительным током холостого хода трансформатора.

Разъединители создают видимый разрыв и имеют блокировки в цепях безопасности. Контактная система разъединителя не имеет дугогасительных устройств, поэтому в случае ошибочного отключения токов нагрузки возникает устойчивая дуга, которая может привести к аварии в РУ и несчастным случаям с обслуживающим персоналом. Прежде чем оперировать разъединителем, цепь должна быть разомкнута с помощью выключателя.

К разъединителям предъявляются следующие требования: он должен создавать видимый разрыв в цепи, должен быть электродинамически и термически устойчивым; должен допускать чёткое включение и отключение при наихудших условиях работы (обледенение, снег, ветер); должен иметь возможно более простую конструкцию, удобную для монтажа и эксплуатации. Условия выбора разъединителей аналогичны условиям выбора выключателей, но так как с помощью разъединителей нельзя отключать цепи под нагрузкой и в условиях короткого замыкания, их не выбирают по отключающей способности.

1 Выбор по напряжению:

2 По номинальному току:

3 Проверка на термическую стойкость:

По расчетным условиям выбирается разъединитель типа РВ-10/1000:

Р - разъединитель;

В - внутренней установки;

10 - номинальное напряжение, кВ;

1000 - номинальный ток, А.

Разъединители внутренней установки серии РВ (РВФ) предназначены для отключения и включения обесточенных участков электрической цепи напряжением 6 и 10 кВ промышленной частоты 50 Гц, находящихся под напряжением, а также токов холостого хода трансформаторов и зарядных токов воздушных и кабельных линий.

Табл.4.1 Технические характеристики

Наименование параметра	Значение параметра
Номинальное напряжение на стороне высокого напряжения (ВН), кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение на стороне высокого напряжения (ВН), кВ	12
Номинальный ток главных цепей, А	630; 1000; 1600
Усилие прикладываемое к приводу, Н не более	245

4.2 ВЫБОР ПРЕДОХРАНИТЕЛЕЙ

Плавкий предохранитель -- это коммутационный аппарат однократного действия, в котором при токе больше заданного значения размыкается электрическая цепь за счет расплавления плавкой вставки, нагреваемой током. Он служит для защиты участка цепи или электрической установки от действия токов короткого замыкания (КЗ) или от длительных перегрузок. Предохранители высокого напряжения имеют то же самое назначение и тот же принцип работы, что и предохранители до 1 кВ.

Рисунок4.2.1. Предохранители типа ПК

Предохранители серии ПК с мелкозернистым наполнителем выполняются на напряжения 3, 6, 10, 35 кВ и номинальные токи 400, 300, 200 и 40 А соответственно. Эти предохранители обладают токоограничивающим эффектом, полное время отключения при токах КЗ составляет 0,005 -- 0,007 с. Патрон предохранителя состоит из фарфоровой трубки, армированной латунными колпачками. Внутри патрона размещены медные или серебряные плавкие вставки. Для обеспечения нормальных условий гашения дуги плавкие вставки должны иметь значительную длину и малое сечение. Это достигается применением нескольких параллельных плавких вставок 5, намотанных на ребристый керамический сердечник , или при больших токах нескольких спиральных плавких вставок . После того как трубка заполнена кварцевым песком, торцевые отверстия закрываются крышками 1 и тщательно запаиваются. Нарушение герметичности, увлажнение песка могут привести к потере способности гасить дугу. Для уменьшения температуры плавления плавкой вставки использован металлургический эффект.

Общий вид ПК4; б -- патрон предохранителя на ток более 7,5 А; в -- патрон предохранителя на ток до 7,5 А; 1 -- торцевая крышка; 2 -- латунный колпачок; 3 --фарфоровая трубка; 4 -- кварцевый песок; 5 -- плавкая вставка; б -- шарики из олова; 7 -- указатель срабатывания

4.3 ВЫБОР ОТДЕЛИТЕЛЕЙ И КОРОТКОЗАМЫКАТЕЛЕЙ

Система отделитель -- короткозамыкатель -- комбинация из отделителя и короткозамыкателя, представляющая собой альтернативу высоковольтному выключателю.

Короткозамыкатель - это коммутационный аппарат, предназначенный для создания искусственного к. з. в электрической цепи. Короткозамыкатели применяются для того, чтобы обеспечить отключение поврежденного трансформатора после создания искусственного к. з. действием релейной защиты питающей линии. Выбирается короткозамыкатель типа КЗ-220М-У1

Основные данные короткозамыкателей

Характеристика	КРН-35	КЗ-110(КЗ-110У)	КЗ-150(КЗ-150У)	КЗ-220У
Амплитуда предельного сквозного тока, кА	42	51(32)	51(32)	51
Ток термической стойкости, кА	12,5	20(12,5)	20(12,5)	20
Время включения (до касания контакта), с: без гололеда	0,10	0,14(0,18)	0,20(0,23)	0,25
с гололедом до 20 мм	0,15	0,20(0,28)	0,28(0,35)	0,35
Угол отключения ножа, град	56	73(48)	71(47)	63
Допустимое тяжение провода, Н	490	784	784	784
Длина пути утечки, см	70	190(280)	260(390)	570
Габариты без привода, м: высота	0,66	1,43(1,34)	1,84	2,44
глубина (вдоль плоскости ножа)	0,83	1,25(1,33)	1,63(1,75)	1,99
ширина	1,2	0,3	0,6	0,6
Масса без привода, кг	48	150(210)	210(250)	210

В буквенной части обозначения: КЗ - короткозамыкатель; КРН - короткозамыкатель рубящего типа наружной установки; в цифровой части - номинальное напряжение, кВ, У - усиленная изоляция.

Отделитель представляет собой разъединитель, который быстро отключает обесточенную цепь после подачи команды на его привод. Если в обычном разъединителе скорость отключения очень мала, то в отделителе процесс отключения длится 0,5-1,0 с. Отделитель отсоединяет поврежденные участки электрической цепи после отключения защитного выключателя. Выключатель срабатывает от искусственного короткого замыкания, создаваемого короткозамыкателем.

Отделитель внешне не отличается от разъединителя, но у него для отключения имеется пружинный привод. Включение отделителя производится вручную. Отделители, так же как разъединители, могут иметь заземляющие ножи с одной или двух сторон. Недостатком существующих конструкций ОД является довольно большое время отключения (0,5--1 с). Выбирается отделители типа ОД без ножей заземления .

Система отделитель -- короткозамыкатель применяется в высоковольтных сетях как с большим током замыкания на землю (сети с эффективно заземлённой нейтралью110 кВ), так и в сетях с изолированной нейтралью (в основном сети 35 кВ).

4.4 ВЫБОР ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ

Высоковольтный выключатель -- коммутационный аппарат, предназначенный для оперативных включений и отключений отдельных цепей или электрооборудования в энергосистеме в нормальных или аварийных режимах при ручном, дистанционном или автоматическом управлении.

Высоковольтный выключатель состоит из: контактной системы с дугогасительным устройством, токоведущих частей, корпуса, изоляционной конструкции и приводного механизма (например, электромагнитный привод, ручной привод). 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 работа.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

· надежное отключение любых токов

· быстрота действия

· пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения

· возможность пофазного (пополюсного) управления для выключателей 110кВ и выше

· легкость ревизии и осмотра контактов

· взрыво - и пожаробезопасность

· удобство транспортировки и эксплуатации

Классификация высоковольтных выключателей:

· Элегазовые выключатели (баковые и колонковые);

· Вакуумные выключатели;

· Масляные выключатели (баковые и маломасляные);

· Воздушные выключатели;

· Автогазовые выключатели;

· Электромагнитные выключатели;

· Автопневматические выключатели.

Вакуумный выключатель -- высоковольтный выключатель, в котором вакуум служит средой для гашения электрической дуги. Вакуумный выключатель предназначен для коммутаций (операций включения-отключения) электрического тока -- номинального и токов короткого замыкания (КЗ) в электроустановках

Разновидности вакуумных выключателей:

· вакуумные выключатели до 35 кВ;

· вакуумные выключатели выше 35 кВ;

· вакуумные выключатели нагрузки -- современная замена автогазовым выключателям нагрузки;

· Вакуумные контакторы до и свыше 1000 В.

Достоинства:

· простота конструкции;

· простота ремонта -- при выходе из строя камеры она заменяется как единый блок;

· возможность работы выключателя в любом положении в пространстве;

· надежность;

· высокая коммутационная износостойкость;

· малые размеры;

· пожаро- и взрывобезопасность;

· отсутствие шума при операциях;

· отсутствие загрязнения окружающей среды;

· удобство эксплуатации;

· малые эксплуатационные расходы.

Недостатки:

· сравнительно небольшие номинальные токи и токи отключения;

· возможность коммутационных перенапряжений при отключении малых индуктивных токов -- современная разработка вакуумного выключателя с возможностью синхронной коммутации решает эту проблему;

· небольшой ресурс дугогасительного устройства по отключению токов короткого замыкания.

Вакуумный выключатель ВБЭМ -10-20(12,5)/1000(800) УХЛ 2

Основные технические данные

Номинальное напряжение , кВ	10
Наибольшее рабочее напряжение , кВ	12
Номинальный ток , А	1000(800)
Номинальный ток отключения , кА	20(12,5)
C квозной ток короткого замыкания : - ток электродинамической стойкости , кА	51
- ток термической стойкости , кА	20
- время протекания тока термической стойкости , с	3
Полное время включения , мс , не более	150
Собственное время отключения , мс , не более	40
Токи потребления электромагнита включения : - при номинальном напряжении -220 В ,	не более 40 А
- при номинальном напряжении -110 В ,	не более 80 А
- при номинальном напряжении ~220 В ,	не более 40 А
Токи потребления электромагнита отключения : - при номинальном напряжении -220 В ,	не более 3,0 А
- при номинальном напряжении -110 В ,	не более 1,5 А
- при номинальном напряжении ~220 В ,	не более 2,0 А
Электрическое сопротивление постоянному току главной цепи полюса , мкОм , не более	100
Ход подвижного контакта полюса , мм	6 +2
Масса выключателей должна быть не более , кг	60

4.5 ВЫБОР РЕАКТОРА

Реакторы служат для ограничения токов КЗ в мощных электроустановках, а также позволяют поддерживать на шинах определённый уровень напряжения при повреждениях за реакторами.

Электрический реактор состоит из катушки, в которой отсутствует стальной сердечник. Индуктивность электрического реактора остается неизменной, и на нее не оказывают влияния изменение силы тока и другие явления. По своей конструкции электрические реакторы бывают сухими и масляными. Первые необходимы для установки в закрытых распределительных устройствах, напряжение которых составляет до 35 кВ. Взаимосвязь среди витков обмоток достигается с помощью бетонных колонн. Изоляция фаз электрического реактора осуществляется с помощью опорных изоляторов. Для снижения электродинамических сил катушка центральной фазы электрического реактора имеет противоположное направление обмотки витков по отношению к катушкам крайних фаз.

Масляные электрические реакторы необходимы для установки в открытых распределительных аппаратах, напряжение которых -- от 35 кВ. Эти реакторы составлены из 1--3 катушек, которые в свою очередь расположены в железном баке со специальным трансформаторным маслом. Для недопущения перегрева бака используют компенсацию магнитного потока экранированием или при помощи дополнительного магнитопровода его шунтируют, что также делается в случаях применения магнитной защиты.

Основная область применения реакторов - электрические сети напряжением 6-10 кВ. Иногда токоограничивающие реакторы используются в установках 35 кВ и выше, а также при напряжении ниже 1000 В.

Если значение тока короткого замыкания больше значения тока отключения, предполагаемого выключателя в цепи устанавливается реактор, для ограничения тока КЗ. Расчет можно выполнить в относительных и именованных единицах.

Реактор представляет собой индуктивную катушку, не имеющую сердечника из магнитного материала. Благодаря этому он обладает постоянным индуктивным сопротивлением, не зависящим от протекающего тока.

Типы реакторов:

РБ - реактор бетонный с медным проводом, вертикальный;

РБА - алюминиевый вертикальный

РБУ (Г) - ступенчатый, Г-горизонтальное расположение;

РБД -- с принудительным охлаждением:

Реакторы выбирают по напряжению, току, индуктивному сопротивлению, термической стойкости и динамической стойкости в режиме КЗ.

Реакторы РТОС 35 кВ

Табл.4.5.1 Технические характеристики

Тип Реактора	Ток термической стойкости, кА	Ток электродинамической устойчивости, кА	Время термической стойкости, сек
РТОС 35-630-0,25 У1(3)	80,9	206,6	6
РТОС 35-630-0,28 У1(3)	72,1	184,1	6
РТОС 35-630-0,35 У1(3)	57,8	147,4	6
РТОС 35-630-0.45 У1(3)	44,8	114,8	6

4.6 ВЫБОР РАЗРЯДНИКОВ

Рисунок 4.6 Разрядник

Разрядник -- электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка. Затем, с развитием технологий, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин «разрядник».

Применение

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции или p-n переходов полупроводниковых приборов и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям. Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надёжную изоляцию и высоковольтные полупроводниковые приборы, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Дугогасительное устройство

После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства -- устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Магнитовентильный разрядник (РВМГ)

РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр. При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

Вентильный разрядник РВМГ-110 М У1 с магнитным гашением дуги предназначен для защиты от атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудования переменного тока частотой 50 и 60 Гц номинальным напряжением 110 - 330 кВ.

Условия работы:

высота над уровнем моря не более 1000 м ;

температура окружающего воздуха от - 45 С до +40 С ;

относительная влажность воздуха при температуре +28 С до 100% .

Характеристики разрядников РВМГ

Тип разрядника	РВМГ-110	РВМГ-150
Количество элементов	3	4
Сопротивление разрядника, МОм	400-700	700-1000

Допустимое повышение напряжения промышленной частоты оборудования в электросетях 110-750 кВ

Оборудование	Номинальное напряжение, кВ	Допустимое повышение напряжения при длительности воздействия, с
		1200	20	1	0,1
Вентильные разрядники типа РВМГ	330-500	1,15	1,35	1,38	--

Ток проводимости (утечки) элементов вентильных разрядников РВМГ

Тип разрядника или его элементов	Выпрямленное напряжение, приложенное к элементу разрядника, кВ	Ток проводимости разрядника, мкА
Элемент разрядников РВМГ-110	30	900-1300

Емкости для сглаживания выпрямленного напряжения при измерении токов проводимости разрядников

Тип разрядника	Номинальное напряжение, кВ	Наименьшая емкость, мкФ
		одно полупериодная схема	Двухполупериодная схема
Элементы серии РВМГ	-	0,2	0,1

Пробивное напряжение искровых промежутков элементов вентильных разрядников при промышленной частоте

Тип элемента или разрядника	Пробивное напряжение, кВ
Элемент разрядников РВМГ-110, РВМГ-150, РВМГ-220	59-73

Разрядники РВМГ-110 не только предотвращают пережог проводов, но и не отключают высоковольтные линии ВЛ, вследствие грозовых индуктированных перенапряжений; Устраняют нежелательные последствия грозовых перекрытий, не причиняя ущерба оборудованию линий и подстанций, в отличии от дугозащитных рогов, которые искусственно переводят однофазное замыкание в двухфазное, создавая тем самым мощный электродинамический удар по оборудованию; Экономят ресурс высоковольтных выключателей; Защищают электрические сети от дуговых перенапряжений, сопутствующих однофазным замыканиям на землю, вызванным грозовыми перенапряжениями; Не подвержены разрушающему воздействию токов молнии и сопровождающих токов дуговых замыканий, как нелинейные ограничители перенапряжений или трубчатые и вентильные разрядники, поскольку эти токи протекают вне конструкции разрядника;

5.ВЫБОР ЖЕСТКИХ ШИН

Согласно ПУЭ§ 1,3,28 жёсткие шины в пределах РУ всех напряжений выбираются по условию нагрева (по допустимому току)При этом учитывается не только нормальные, но и послеаварийные режимы. В закрытых РУ 6-10 кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000 А применяются одно -и двухполосные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньше потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшее условия охлаждения. Согласно ПУЭ шину в РУ выбираются по допустимому нагреву т. е. по току. Выбираются алюминевые , в редких случаях медные, одно-, двух- и трёхполюсные при токах свыше 3000 А коробчатого сечения.

Плотность тока в плоских шинах 1,47 А/мм² ,в коробчатых 1,92 А/мм².

Расчет и выбор шин установленных в цепи трансформатора ТДТН-63000 со стороны 10 кВ. Производится для следующих условий:

Расчетные токи

I_п.0.=2,4 кА

I_у=6,1 кА

B_к=23,8*10⁶ кА²*с

40%-перегрузка трансформатора

25^° С-температура расчетная

Ток в продолжительном режиме

I_норм = (5.1) [Л.1]

I_норм ==

Максимальный ток

I_max=1,4*I_норм (5.1)

I_max=1,4*1820,8=2549 А

Выбирается сечение алюминиевых шин по допустимому току, так как шинный мост, соединяющий трансформатор с КРУ, небольшой длины и находиться в пределах подстанции. По допустимому току принимаются двухполосные шины с сечением 2(100х10) с допустимым током

I_доп=2860 А [ Л.1 ]

Проверка на механическую прочность

Электродинамические силы при К.З. имеют составляющие которых изменяются с частотой 50 и 100 Гц. Если собственные частоты колебательной системы шины изолятора совпадут , то нагрузка может привести к разрушению. Если чистота колебания до 30 и свыше 200 Гц то резонанс не возникает.

Минимальное сечение проводника отвечающего требованиям тeрмической стойкости q_min

q_min=

С=91 для алюминевых шин табл.3.14

q_min==53,6 мм²-что меньше принятого сечения

Проверяем шины на механическую прочность. Определяем пролет l из (4.18) при условии, что частота собственных колебаний будет больше 200 Гц:



откуда

Если шины расположены на ребро, а полосы в пакете жестко связаны между собой, то по табл. 4.1

тогда

Определяем расстояние между прокладками по (4.21) и (4.22) [ Л.1 ]

Где Е = Па по табл. 4.2; по рис. 4.5;

Масса полосы m_п на 1 м определяется по справочникам или по сечению q, плотности материала шин ( для алюминия 2,7*10^-3 кг/см³) и длине 100 см:

m_п= 2,7*10^-3*10*1*100= 2,7 кг/м.

Принимаем меньшее значение l_п=0,5 м, тогда число прокладок в пролете Принимаем n=2.

При двух прокладках в пролете расчетный пролет

l_п=0,23 м

Определяем силу взаимодействия между полосами по (4.23):

Где b=10 мм=0,01м.

Напряжение в материале полос по (4.24)

д=0,132 МПа,

Где W_п1,7 см³

Напряжение в материале шин от взаимодействия фаз по(4.20)

*10^-80,01 МПа

Где W_ф 33,3 см³

+0,01=0,142 МПа,

Что меньше Таким образом, шины механически прочны.

6.ВЫБОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ТРАНСФОРМАТОРОВ

Измерительный трансформатор -- электрический трансформатор, предназначенный для измерения и контроля, например, в системах релейной защиты сетей, напряжения, тока или фазы электрического сигнала, обычно переменного тока промышленной частоты (50 или 60 Гц) в контролируемой цепи. Применяется в тех случаях, когда непосредственное подключение измерительного прибора неудобно или невозможно, например, при измерении очень больших токов или напряжений. Также применяется для обеспечения гальванической изоляции первичной цепи от измерительной или контролирующей цепи.

Измерительный трансформатор рассчитывается таким образом, чтобы оказывать минимальное влияние на измеряемую (первичную) цепь и минимизировать искажения формы сигнала и фазы измеряемого сигнала первичной цепи, пропорционально отображаемого во вторичную измерительную цепь.

Рисунок 6.1 Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения -- один из разновидностей трансформатора, предназначенный не для преобразования электрической мощности для питания различных устройств, а для гальванической развязки цепей высокого (6 кВ и выше) от низкого (обычно 100 В) напряжения вторичных обмоток.

Трансформаторы напряжения бывают следующих видов:

· заземляемый трансформатор напряжения -- однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть заземлен, или трехфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть заземлена;

· незаземляемый трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, у которого все части первичной обмотки, включая зажимы, изолированы от земли до уровня, соответствующего классу напряжения;

· каскадный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, первичная обмотка которого разделена на несколько последовательно соединенных секций, передача мощности от которых к вторичным обмоткам осуществляется при помощи связующих и выравнивающих обмоток;

· ёмкостный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, содержащий ёмкостный делитель;

· двухобмоточный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку;

· трехобмоточный трансформатор напряжения -- трансформатор напряжения, имеющий две вторичные обмотки: основную и дополнительную.

Основные электрические параметры трансформаторов типа ТН приведены в таблицах 1 и 2. Напряжения на вторичных обмотках трансформаторов ТН всех типов и исполнений составляют: между выводами обмоток без отводов -- 6,3 В; между началом обмотки, обозначенной на схеме точкой, и отводом -- 5 В; между отводом и концом обмотки -- 1,3 В.

Тип трансформатора.	Мощность, ВА.	Ток первичной обмотки, А.	Допустимые токи вторичных обмоток, А.	Тип и размеры сердечника, мм.
ТН1-127/220-50	8,8	0,11/0,06	0,6	0,8	ШЛ16Х16
ТН2-127/220-50	13,3	0,15/0,09	0,1	2	ШЛ16X20

подстанция трансформатор заземление

Трансформатор тока -- трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления.

Конструкция трансформаторов тока ТГФМ-110 отличается от большинства аналогов возможностью размещения активных элементов магнитопроводов с обмотками, отвечающих повышенным требованиям заказчиков, а именно:

· класс точности - 0,2 S

· первичный ток - от 50 до 2000 А

· количество обмоток - до 7

· максимальные нагрузки - до 60 ВА

· кратности в комбинации с нагрузками - от 20 до 40

Трансформатор тока ТГФМ-110 имеет три исполнения по минимальной температуре эксплуатации:

· ТГФМ-110-У1** при минимальном избыточном давлении элегаза в аппарате 0,12 МПа и обычном крепеже для минимальной температуры - минус 50 °С.

· ТГФМ-110-УХЛ1* при минимальном избыточном давлении элегаза в аппарате 0,12 МПа и холодостойком крепеже для минимальной температуры - минус 55 °С.

· ТГФМ-110-ХЛ1 при минимальном избыточном давлении смеси элегаз-азот в аппарате 0,14 МПа и холодостойком крепеже для минимальной температуры - минус 60 °С.

Показатели надежности и долговечности:

· - срок службы - 40 лет;

· - межревизионный период - 20 лет;

· - гарантийный срок - 6 лет.

7.РАСЧЁТ ЗАЗЕМЛЕНИЯ ПОДСТАНЦИИ

Заземляющее устройство для подстанции 12х20 м²; р₁=500Ом*м; h=2 м; р₂=60 Ом*м; t=0,7 м; l_в=5 м; t_рз=0,12 с;t_откл=0,08 с; ток, стекающий с заземлителей подстанции при однофазном КЗ на рассматриваемой подстанции I_з=1,9 кА. Естественных заземлителей нет.

Коэффициент прикосновения:

k_п===0,18

M=0,806 при p₁/р₂=500/60=8,3

в==0,57

L_т=125 м по плану

Потенциал на заземлителе:

U_з== =2222 В

Сопротивление на заземляющем устройстве:

R_з.доп== =1,23 Ом

Действительный план заземляющего устройства преобразуем в расчетную квадратную модель со стороной

Число ячеек по стороне квадрата

m= 1=-1=3,03

принимаем m=3

Длина полос в расчетной модели

L_т=2

Длина сторон ячейки

b==5,17 м

Число вертикальных заземлителей по периметру контура при =1

n_в= ==12,4

принимаем n_в=12.

Общая длина вертикальных заземлителей

L_в=l_в*n_в=5*12=60 м.

Относительная глубина

= = 0,368>0,1,

A=0,385-0,25=0,385-0,25=0,293.

Общее сопротивление сложного заземлителя

R_з=A+=0,293+=2,044

Что больше допустимого R_з.доп=1,23

Напряжение прикосновения

U_пр =k_п*I_з* R_з=0,18*1900*2,044=699 В,

Общее сопротивление заземляющего устройства подстанции

R_з= = =1,01 Ом,

Что меньше R_з.доп=1,23 Ом.

Напряжение прикосновения

U_пр=k_п*I_з* R_з=0,18*1900*1,01=345 В,

Что меньше допустимого значения 400 В.

Удельное сопротивление верхнего слоя гравия в этом случае будет р_в.с =3000 Ом*м тогда

в==0,18

k_п==0,057

Подсыпка гравием не влияет на растекание тока с заземляющего устройства, так как глубина заложения заземлителей 0,7 м больше толщины слоя гравия, по этому значение М остаются неизменными.

U_з==7017 В,

Что меньше допустимого (10 кВ).

R_з.доп==3,69 Ом,

Таким образом R_з=2,044 Ом? R_з.доп=3,69 Ом.

Напряжение прикосновения

U_пр=k_п*I_з* R_з=0,057*1900*2,044=221 В,

Что меньше допустимого значения 400 В.

Из расчета видно, как эффективна подсыпка гравием на территории подстанции.

Наибольший допустимый ток, стекающий с заземлителей подстанции при однофазном КЗ:

I_з.max= = =3433 А.

При больших токах необходимо снижение R_з за счет учащения сетки полос или дополнительных вертикальных заземлителей.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин «Электрооборудование станций и подстанций» Москва Энергоатомиздат 1987г.

2.И.Л. Каганов «Курсовое и дипломное проектирование» Москва ВО «Агропромиздат» 1990г.

3.ПУЭ 2000г.

4.ПТБ 2012г.

5.Идельчик В.И. Электрические системы и сети: Учебник для ВУЗов. - М.: Энергоатомиздат, 1989г.

6.Электрические системы, т. 2 Электрические сети. / Под ред.. Под ред. В.А. Веникова. - М.: Высшая школа, 1999г.

7.Электрические системы и сети в примерах и иллюстрациях. / В.А. Строева. - М.: Энергоатомиздат 1999г.

Размещено на Allbest.ru

...