Расчет подстанции 110кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Электрическая энергия находит широкое применение во всех областях народного хозяйства и в быту. Этому способствуют такие ее свойства, как универсальность и простота использования, возможность производства в больших количествах промышленным способом и передачи на большие расстояния.

Электрическая подстанция - электроустановка, предназначенная для приема, преобразования и распределения электрической энергии, состоящая из трансформаторов или других преобразователей электрической энергии, устройств управления, распределительных и вспомогательных устройств.

Подстанция, в которой стоят повышающие трансформаторы, повышает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая (или понизительная) подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока.

Основные элементы электроподстанций:

· Силовые трансформаторы, автотрансформаторы, шунтирующие реакторы.

· Вводные конструкции для воздушных и кабельных линий электропередачи.

· Открытые (ОРУ) и закрытые (ЗРУ) распределительные устройства, включая:

· Система заземления, включая заземлители и контур заземления.

· Устройства молниезащиты.

Функционально подстанции делятся на:

· Трансформаторные подстанции -- подстанции, предназначенные для преобразования электрической энергии одного напряжения в энергию другого напряжения при помощи трансформаторов.

· Преобразовательные подстанции -- подстанции, предназначенные для преобразования рода тока или его частоты.

Электрическое распределительное устройство, не входящее в состав подстанции, называется распределительным пунктом. Преобразовательная подстанция, предназначенная для преобразования переменного тока в постоянный и последующего преобразования постоянного тока в переменный исходной или иной частоты называется вставкой постоянного тока.

По значению в системе электроснабжения:

· Главные понижающие подстанции (ГПП).

· Подстанции глубокого ввода (ПГВ).

· Тяговые подстанции для нужд электрического транспорта, часто такие подстанции бывают трансформаторно-преобразовательными для питания тяговой сети постоянным током.

· Комплектные трансформаторные подстанции 10 (6)/0,4 кВ (КТП). Последние называются цеховыми подстанциями в промышленных сетях, городскими -- в городских сетях.

В зависимости от места и способа присоединения подстанции к электрической сети нормативные документы не устанавливают классификации подстанций по месту и способу присоединения к электрической сети. Однако ряд источников даёт классификацию исходя из применяющихся типов конфигурации сети и возможных схем присоединения подстанций.

· Тупиковые -- питаемые по одной или двум радиальным линиям.

· Ответвительные -- присоединяемые к одной или двум проходящим линиям на ответвлениях.

· Проходные -- присоединяемые к сети путём захода одной линии с двухсторонним питанием.

· Узловые -- присоединяемые к сети не менее чем тремя питающими линиями.

Ответвительные и проходные подстанции объединяют понятием промежуточные, которое определяет размещение подстанции между двумя центрами питания или узловыми подстанциями. Проходные и узловые подстанции, через шины которых осуществляются перетоки мощности между узлами сети, называют транзитными.

По месту размещения подстанции делятся на:

· Открытые -- подстанции, оборудование которых расположено на открытом воздухе.

· Закрытые -- подстанции, оборудование которых расположено в здании.

Электроподстанции могут располагаться на открытых площадках, в закрытых помещениях (ЗТП -- закрытая трансформаторная подстанция), под землёй и на опорах (МТП -- мачтовая трансформаторная подстанция), в специальных помещениях зданий-потребителей. Встроенные подстанции -- типичная черта больших зданий и небоскрёбов.

Подстанция, в которой стоят повышающие трансформаторы, повышает электрическое напряжение при соответствующем снижении значения силы тока, в то время как понижающая подстанция уменьшает выходное напряжение при пропорциональном увеличении силы тока.

Так как мой курсовой проект называется «Электрическая подстанция 110 /10 Кв», то в ходе моего данного проекта, я должен увидеть на примере и понять:

· какое силовое оборудование необходимо выбрать для полной компоновки подстанции;

· как происходит выбор силового оборудования;

· по каким параметрам выбирается силовое оборудование;

· с какой целью это всё проделывается;

· как выбирается защита подстанции;

· для чего это необходимо;



1. Анализ питания и нагрузки проектируемой подстанции

Рисунок 1 Схема электрооборудования подстанции

Подстанция питается по двум линиям 110 кВ, выполненной проводом АС-70 длиной 11,3 км. Подстанция является тупиковой и получает одностороннее питание. Проектируемая подстанция на стороне 10 кВ запитывает 6 линий по три на секцию. Нагрузка каждого фидера характеризуется величиной тока в период максимальных и минимальных нагрузок и коэффициентом мощности.

2. Расчёт электрической нагрузки в летний, зимний период

Мощность электрических нагрузок определяется:

· номинальные мощности, силовых трансформаторов

· сечение жил токопроводов

· номинальные токи коммутационных аппаратов и измерительного оборудования

Основная цель данного раздела определить мощность всей нагрузки подстанции. Нагрузка подстанции представлена для каждого фидера. При этом задаются токи для летнего и зимнего режимов работы коэффициент мощности.

Расчёт будем проводить по следующим формулам:

· Реактивная мощность фидера

Qф = Pф * tgf (1)

· реактивная мощность фидера

=. (2)

· активная мощность подстанции

Pn.c =++…+ . (3)

· реактивная мощность подстанции

Qn.c = + ++…+. (4)

· полная мощность подстанции

Sn.c = . (5)

Летний и зимний период

По формуле (2) рассчитываем

Летний период

tgf1===0.5667 Сим.

tgf2==0.6197 Сим.

tgf3==0.6459 Сим.

tgf4==0.5934 Сим.

tgf5=0.6197 Сим.

tgf6==0.6459 Сим.

Зимний период

tgf1===0.5667 Сим.

tgf2==0.6197 Сим.

tgf3==0.6459 Сим.

tgf4==0.5934 Сим.

tgf5=0.6197 Сим.

tgf6==0.6459 Сим.

Расчёт Qф

Летний период

Qф1=Pф кВар.

Qф2=3000 кВар.

Qф3=2200 кВар.

Qф4=2700 кВар.

Qф5=3500 кВар.

Qф6=2100кВар.

Зимний период

Qф1=2600 кВар.

Qф2=31500.6197=1952,06 кВар.

Qф3=2400 0.6459=1550,16 кВар.

Qф4=2850 0.5934=1691,19 кВар.

Qф5=3600 0.6197=2230,92 кВар.

Qф6=2300 0.6459=1485,57 кВар.

Летний период. S===18660,5888 кВ * А

Зимний период. S==19834,8993 кВ *А

Таблица 1

Летний период

№	Uн, кВ	Iн, А	Cos ц	tg ц	Pф, кВт	Qф, кВар
1	10	151,68	0,87	0,5667	2400	1360,08
2	10	194,06	0,85	0,6197	3000	1859,1
3	10	144,008	0,84	0,6459	2200	1420,98
4	10	172,63	0,86	0,5934	2700	1602,18
5	10	226,41	0,85	0,6197	3500	2168,95
6	10	137,46	0,84	0,6459	2100 Всего:15900	1356,39 Всего:9767,68

Таблица 2

Зимний период

№	Uн, кВ	Iн, А	Cos ц	tg ц	Pф, кВт	Qф, кВар
1	10	164,32	0,87	0,5667	2600	1473,42
2	10	203,77	0,85	0,6197	3150	1952,06
3	10	157,1	0,84	0,6459	2400	1550,16
4	10	182,22	0,86	0,5934	2850	1691,19
5	10	232,88	0,85	0,6197	3600	2230,92
6	10	153,30	0,84	0,6459	2300 Всего:16900	1485,57 Всего:10383,32



3. Выбор силовых трансформаторов и составление структурной схемы

=18660,5888

=19834,8993 кВ

На проектируемой подстанции принимаем к установке 2 трёх обмоточных трансформатора (110/10). При этом рассмотрим 2 варианта выбора силовых трансформатора.

1 вариант: 2х ТМН 16000/110

2 вариант: 2х ТДМ 25000/110

(6)

(7)

Рассмотрим 1 вариант выбора трансформатора 2х ТМ Н-16000/110.

В летний период

В зимний период

Рассмотрим 2 вариант выбора трансформатора 2х ТДМ 25000/110

В летний период,

В зимний период.

0,9-1- предельная нагрузка.

0,65-0,85- оптимальная нагрузка.

0,45-0,65- загружен на половину.

Менее 0,45- слабая нагрузка.

Перегрузка.

30% - длительный режим работы 120 мин.

45%- длительный режим работы 80 мин.

60%- длительный режим работы 45 мин.

75%- длительный режим работы 20мин.

100%- длительный режим работы 10мин.

Таблица 3

Загрузка трансформаторов в различных режимах

Варианты	Летний режим	Зимний режим
	1 в работе	2 в работе	1 в работе	2 в работе
ТМН-16000/110
ТДН- 25000/110

Выбираем 2 вариант трансформатора ТДМ 25000/110.

В зимнем режиме данный вариант обеспечивает оптимальную нагрузку, а в летнем режиме позволяет выводить 1 трансформатор в ремонт, при этом оставшийся в работе трансформатор будет работать с небольшой перегрузкой 10%.



Рисунок 2 Структурная схема

4. Составление упрощённой принципиальной схемы подстанции

В настоящее время на всех ступенях электроснабжения широко применяются упрощённые схемы подстанции, основанные на так называемом « Блочном принципе».

Блочной схемой называется такая простейшая подстанции, на которой нет сборных шин первичного напряжения, а в некоторых случаях и вторичного напряжения, а схема коммутации осуществляется, как правило без выключателей с применением простейших аппаратов или даже при помощи «Глухих», присоединений Блочных схем коммутации подстанций широко применяются на всех ступенях системы электроснабжения промышленных предприятий.

В качестве РУВН используют схему с одной секционированной системой сборных шин.

В схеме всего 9 цепей, из них 6 линейных цепей, 2 трансформаторных и одна секционная. В каждой установлен высоковольтный выключатель, при отключении которого с обеих сторон производится отключение цепи.

Схема является простой в эксплуатации недорогой, повреждение на шинах вызывает отключение только одной секции. Все потребители 1-ой и 2-ой категории должны записываться с 2х секций. В качестве РУВН используют схему с двумя рабочими и обходной системой сборных шин. В схеме 8 цепей: 4 линейные, 2 трансформаторные, 1 шносоединяющая цепь и одна обходная.

Рисунок 3 Упрощённая принципиальная схема подстанции

5. Расчёт трёхфазного короткого замыкания

Коротким замыканием называется нарушение нормальной работы электрической установки, вызванное замыканием фаз между собой, а также замыканием фаз на землю в сетях с глухо заземлёнными нейтралями.

Ток к/з приводит к следующим последствиям:

Термическое действие, электродинамическое действие, резкое падение напряжения.

Виды к/з в 3х фазной сети.

•Трёхфазное.

•Двухфазное к/з на землю.

•Однофазное.

Расчёт токов 3х фазного КЗ выполняется в следующем порядке:

1) Составляется расчётная схема рассматриваемой электроустановки, намечаются расчётные точки КЗ.

2) На основании расчётной схемы составляется эквивалентная схема замещения, все сопротивления на ней нумеруются.

3) Определяются величины сопротивлений всех элементов схемы замещения в относительных или именованных единицах и указываются на схеме замещения; обозначаются расчётные точки КЗ.

4) Путём постепенного преобразования относительно расчётной точки КЗ приводят схему замещения к наиболее простому виду.

Рисунок 4 Расчетная схема

Рисунок 5 Схема замещения



Xтр=* (8)

Хтр=*=66,125 Ом

Kтр= (9)

Ктр==10,95

Х л= 0,4*

Xрез=+ (10)

Хрез=

Iк1=Iпо(1)= (11)

Iк1==18.65

Iк2=Iпо(2)= (12)

Iк2==1,905

Ik1= (13)

Ik1=

Iк2=Iпо(2)*Кт (14)

Iк2=1.7*10.95=18.62

6. Нахождение ударного тока и теплового импульса

Ударный ток возникает через 0.01с, после возникновения КЗ в 2-3 раза, что приведёт к механическому разрушению шин изоляторов и других элементов, т.к К1- сборные шины 110кВ на подстанции.

Куд - это отношение ударного тока КЗ к амплитуде небольшого установленного тока короткого замыкания.

Энергосистема связана со сборными шинами где рассматриваются КЗ на шинах 110кВ.

Iуд=*kуд (15)

kуд=1,6

По формуле (15) Iуд1 = кА.

По формуле (15) Iуд.2 = кА.

Тепловой импульс.

Вк- это специальная величина которая пропорциональна количеству тепловой энергии выделенной в проводнике.

Нахождение теплового импульса.

При протекании по проводникам электрического тока проводники нагреваются. При нагреве проводника током нагрузки часть выделенной теплоты рассеиваются в окружающую среду, протекающий электрический ток зависит от условий охлаждений. Критерием термической стойкости проводников являются допустимые температуры нагрева их токами КЗ, поэтому проводник может считаться термически стойким если его температура не превышает допустимых значений. В расчётах на термическую стойкость берётся величина которая пропорциональна количеству тепловой энергии выделяемой в проводнике токами КЗ.

Вк= I (16)

tра- время срабатывания основной.

tов-время отключения, выключения.

To-постоянное время затухания.

Iн1=А (17)

Iн1=

Вк1=Iк (18)

Вк1=

Iн2= (19)

Iн2=

Bк2= *( tот +Tа) (20)

Bк2= *(1,06+0,05) =650,03 * С

7. Выбор разъединителей

Разъединитель - это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи без тока или с незначительным током, и который для обеспечения безопасности имеет между контактами в отключённом положении изоляционный промежуток. При ремонтных работах разъединителем создаётся видимый разрыв между частями, оставшимися под напряжением, и аппаратами, выведенными в ремонт.

Разъединители играют важную роль в схемах электроустановок, от надёжности их работы зависит надёжность работы всей электроустановки, поэтому к ним предъявляются следующие требования:

- создание видимого разрыва в воздухе, электрическая прочность которого соответствует максимальному импульсному напряжению.

- электродинамическая и термическая стойкость при протекании токов КЗ.

- исключение самопроизвольных отключений.

- чёткое включение и отключение при наихудших условиях работы (обледенение, снег, ветер).

Разъединители подразделяются:

- по числу полюсов: могут быть одно-и трёхполюсными.

- по роду установки-для внутренних и наружных установок.

- по конструкции- рубящего, поворотного, катящегося, пантографического и подвесного типа.

По способу установки различают разъединители с вертикальным и горизонтальным расположением ножей.

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

Разъединитель РДЗ-110/1000НУXЛ1

Выбор разъединителей производится:

- по конструкции.

- по роду установки.

- по напряжению Uсети 110=110

- по току Iраб.мах 119,7<1000

- по термической стойкости Bк расч 23,7<1875

- по электродинамической стойкости iуд 7,7<63

Таблица 4

Сравнение паспортных и расчётных данных

	U,кВ	I,А	Iуд, кА	Bк, к
Паспорт	110	1000	63	1875
Расчёт	110	119,7	7,7	23,7

Вывод: Выбранный разъединитель соответствует расчётным данным.

8. Выбор выключателей

Выключатель- это коммутационный аппарат, предназначенный для включения и отключения тока.

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. Наиболее тяжёлой и ответственной операцией является отключение токов КЗ и включение на существующее короткое замыкание.

К выключателям высокого напряжения предъявляют следующие требования:

- надёжное отключение любых токов (от десятков ампер до номинального тока отключения).

- быстрота действия, т.е наименьшее время отключения.

- пригодность для быстродействующего автоматического повторного включения, т.е быстрое включение выключателя сразу же после отключения.

- возможность пофазного (полюсного) управления для выключателей 110кВ и выше.

- лёгкость ревизии и осмотра контактов.

- взрывобезопасность и пожаробезопасность.

- удобство транспортировки и эксплуатации.

Выключатели высокого напряжения должны длительно выдерживать номинальный ток Iном и номинальное напряжение Uном.

Основными конструктивными частями выключателей являются: контактная система с дугогасительным устройством, токоведущие части, корпус, изоляционная конструкция и приводной механизм.

По конструктивным особенностям и способу гашения дуги различают следующие типы выключателей:

- масляные баковые (масляные многообъёмные)- МКП, У, С-35.

- маломасляные ( масляные малообъёмные) - ВК, ВМП, ВМГ, ВПМ, МГ, ВМТ.

- воздушные - ВВГ, ВВБ, ВВН, ВНВ.

- элегазовые - ВГТ, ВЭБ, ВГБМ.

- электромагнитные - ВЭС, ВЭМ.

- вакуумные - ВВТЭ, ВВК.

- выключатели нагрузки - ВН - 16, ВН - 17.

К особой группе относятся выключатели нагрузки, рассчитанные на отключение токов нормального режима.

Выключатель ВВЭ-10-31,5/1600УЗ

Вывод: Выбранный выключатель ВВЭ-10-31,5/1600УЗ соответствует расчётным данным.

Выбор выключателя ВГБ-110

Выбор выключателей производится:

- по конструкции в системе дугогашения.

- по приводу.

- по напряжению U сети 110=110

.Токовая нагрузка цепи: Iн1=63.

Таблица 5

Сравнение паспортных и расчётных данных

	U,кВ	I,А,	Iуд, кА	Bк,к	Откл.Способ.
Паспорт	10	1600	63	2976	31,5
Расчёт	10	1311,2	42,3	537,4	18,62
Паспорт	110	2000	102	4800	40
Расчёт	110	119,7	7,7	23,7	3,4

Вывод: Выбранный выключатель ВГБ-110 соответствует расчётным данным.

9. Выбор шин и изоляторов

В закрытых РУ 6-10кВ ошиновка и сборные шины выполняются жёсткими алюминиевыми шинами. Медные шины из-за высокой их стоимости не применяются даже при больших токовых нагрузках. При токах до 3000А применяются одно - и двухполюсные шины. При больших токах рекомендуются шины коробчатого сечения, так как они обеспечивают меньшие потери от эффекта близости и поверхностного эффекта, а также лучшие условия охлаждения.

Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам ( ошиновка) 6 -10кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля крепятся на опорных фарфоровых изоляторах.

Для лучшей теплоотдачи и удобства эксплуатации шины окрашивают при переменном токе фаза А в жёлтый, фаза В - зелёный и фаза С - красный цвет, при постоянном токе положительная шина в красный, отрицательная - в синий цвет.

Согласно ПУЭ сборные шины электроустановок и ошиновка в пределах открытых и закрытых РУ всех напряжений по экономической плотности тока не проверяются.

Выбор сечения шин производится по нагреву ( по допустимому току). При этом учитываются не только нормальные, но и послеаварийные режимы, а также режимы в период ремонтов и возможность неравномерного распределения токов между секциями шин. Условие выбора:

Iмах

Рассмотрим РУ - 10кВ. Используем жёсткую ошиновку. Проведём выбор сборных шин на стороне 10к

Принимаем к установке алюминиевую шину коробчатого сечения.

Справочные данные: (100 Ст=95

Iдоп=1425А > I мах=1311,2 А

Производим проверку по термической стойкости.

qmin= (21)

=7,7

J= (22)

J=1800

=* (23)

*=0,0003

F=* (24)

*1875

a=2b (25)

a=2*6=12=0,12

M max= (26)

M max==0,000112

W= (27)

W==600

= (28)

=

==1.3*Па

Выбор изоляторов.

Изолятор- средство для изоляции (отделения, обособления, отграничения) чего- либо от остальной среды.

В распределительных устройствах шины крепятся на опорных, проходных и подвесных изоляторах. Жёсткие шины крепятся на опорных изоляторах выбор которых производится по следующим условиям:

- по номинальному напряжению U- уст

- по допустимой нагрузке Fрас

Где F расч- сила, действующая на изолятор; Fдоп-допустимая нагрузка на головку изолятора:

Fдоп=0.6Fразр.

Fразр- разрушающая нагрузка на изгиб.

При горизонтальном или вертикальном расположении изоляторов всех фаз расчётная сила Н;

Проходные изоляторы выбираются:

- по напряжению Uуст

- по номинальному току Imax

- по допустимой нагрузке Fрасч

Расчитываем изолятор марки И8-80УXЛ3

Hизол=130мм.Uн=10кВ Fразр=8кН

U- уст <U_ном. 10=10

Fрас ?Fдоп

H=Hизол + B + (29)

Fрасч= f (30)

Kh= (31)

Fрасч=0,003

H=130 + 6 +

Kh= =1,43

Fдоп=0,6*Fраз (32)

Fдоп =0,6*8000=4800

Fдоп=4800H Проходной изолятор выбираем аналогично, только добавляется проверка по току.

ИП 10/1600-12,5

U=10кВ.

Fдоп=12,5кН

Iдоп= А А

Fрасчет= (33)

Fрасч=0,5*0,003*0,4=0,0006 Н

Вывод: Данные шины соответствуют расчётным данным.

Произведём расчёт гибкой ошиновки сборных шин 110кВ.

Принимаем провод АС - 35

Iдоп=119,7А

m=148кг

Ст=95

D=4м

Произведём проверку по термической стойкости.

qmin= (34)

По формуле () =1,6

По формуле () qmin(2)=7.72

qmin<q

1,6<35

F=2* (35)

*

Iкз=*Iк (36)

Iкз =

Eo=30,3 ) (37)

Ео= 30.3 /см

Е= (38)

E=

1.07*15.97=17.09

0.9*36.28=32.7

10. Выбор трансформатора тока и напряжения

ток подстанция электрический трансформатор

Трансформатор тока -- трансформатор, первичная обмотка которого подключена к источнику тока, а вторичная обмотка замыкается на измерительные или защитные приборы, имеющие малые внутренние сопротивления. Трансформаторы тока (далее -- ТТ) широко используются для измерения электрического тока и в устройствах релейной защиты электроэнергетических систем, в связи с чем на них накладываются высокие требования по точности. Трансформаторы тока обеспечивают безопасность измерений, изолируя измерительные цепи от первичной цепи с высоким напряжением, часто составляющим сотни киловольт.

К ТТ предъявляются высокие требования по точности. Как правило, ТТ выполняют с двумя и более группами вторичных обмоток: одна используется для подключения устройств защиты, другая, более точная -- для подключения средств учёта и измерения.

Трансформаторы тока классифицируются по различным признакам:

1. По назначению:

· измерительные;

· защитные;

· промежуточные (для включения измерительных приборов в токовые цепи релейной защиты, для выравнивания токов в схемах дифференциальных защит и т. д.);

· лабораторные (высокой точности, а также со многими коэффициентами трансформации).

2. По роду установки:

· для наружной установки (в открытых распределительных устройствах);

· для внутренней установки;

· встроенные в электрические аппараты и машины: выключатели, трансформаторы, генераторы и т. д.;

· накладные -- надевающиеся сверху на проходной изолятор (например, на высоковольтный ввод силового трансформатора);

· переносные (для контрольных измерений и лабораторных испытаний).

3. По конструкции первичной обмотки:

· многовитковые (катушечные, с петлевой обмоткой и с т. н. «восьмёрочной обмоткой»);

· одновитковые (стержневые);

· шинные.

4. По способу установки:

· проходные;

· опорные.

5. По выполнению изоляции:

· с сухой изоляцией (фарфор, бакелит, литая эпоксидная изоляция и т. д.);

· с бумажно-масляной изоляцией и с конденсаторной бумажно-масляной изоляцией;

· газонаполненные (элегаз);

· с заливкой компаундом.

6. По числу ступеней трансформации:

· одноступенчатые;

· двухступенчатые (каскадные).

7. По рабочему напряжению:

· на номинальное напряжение свыше 1000 В;

· на номинальное напряжение до 1000 В.

Важными параметрами трансформаторов тока являются коэффициент трансформации и класс точности.

Выбор трансформаторов производится:

· По роду установки;

· По напряжению Uн. сети U н. тт;

· По току I раб I н. тт;

· По термической стойкости Вк расч. Вк доп. тт

· По электродинамической стойкости i уд I дин. Тт

· По вторичной нагрузке S расч. S ном. Тт

Трансформатор напряжения -- одна из разновидностей трансформатора, предназначенная не для преобразования электрической мощности для питания различных устройств, а для гальванической развязки цепей высокого напряжения (6 кВ и выше) от низкого (обычно 100 В) напряжения вторичных обмоток. Используется в измерительных цепях, преобразуя высокое напряжение линий электропередач генераторов в удобное для измерения низковольтное напряжение.

Виды трансформаторов напряжения

· Заземляемый трансформатор напряжения -- однофазный трансформатор напряжения, один конец первичной обмотки которого должен быть наглухо заземлён, или трёхфазный трансформатор напряжения, нейтраль первичной обмотки которого должна быть наглухо заземлена (трансформатор с ослабленной изоляцией одного из выводов -- однофазный ТН типа ЗНОМ или трёхфазные ТН типа НТМИ и НАМИ).

· 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 соединённых 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 -- трансформатор напряжения, имеющий одну вторичную обмотку напряжения.

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

Выбор трансформаторов напряжения производится:

· По напряжению U н. сети ;

· По конструкции и схеме соединения обмоток (звезда, треугольник, разомкнутый треугольник);

· По классу точности;

· По вторичной нагрузке S ном S втор. Обм. ;

· Виду установки;

Расчет производим по формулам:

(40)

(41)

(42)

На начальном этапе необходимо задаться с приборами, которые будут работать в цепях подстанций(рис. 6).

Рисунок 6 Схема приборов в цепи подстанции

Произведем выбор ТТ и ТН для ВН 110кВ.

Таблица 8

Подсчет приборов в цепях подстанции ВН

Прибор, тип	Нагрузка ТТ	Нагрузка ТН
	А	В	С	А	В	С
Амперметр указ. Э-335	0,5	0,5 0,5	0,5	-	-	-
Вольтметр указ. Э-335 Н-394	- -	- -	- -	2,0 3,3	2,0 3,3	2,0 3,3
Счётчик регистр. СЕ-304	0,2	0,2	0,2	0,6	0,6	0,6
Частотомер регистр. Н-397 Э-362	- -	- -	- -	2,3 -	2,3 1	2,3 -
ФИП регистр.	-	-	-	1	1	1
Ваттметр регистр. Д-335	0,5	0,5	0,5	1,5	1,5	1,5
Варметр указ. Д-304	0,5	0,5	0,5	2	2	2
	1,7	2,2	1,7	12,7	13,7	12,7

Выбираем ТТ ТФЗМ 110-У1 100/5

Таблица 9

Сравнение паспортных данных с расчетными

Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение
с	с

По формуле(40) Ом

R_к=0.05Ом

Z_2нтт=7Ом

м

По формуле(41) Ом

По формуле(42) мм²

В соответствии с ПУЭ берем провод сечением 2.5мм².

Выбираем ТФЗН 110 200/5

Таблица 10

Сравнение паспортных данных с расчетными

Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение

Берем медный провод сечением 2.5мм²

Произведем выбор ТТ и ТН для НН 10кВ.

Таблица 11

Подсчет приборов в цепях подстанции НН

Прибор, тип	Нагрузка ТТ	Нагрузка ТН
	А	В	С	А	В	С
Вольтметр указ. Э-335	-	-	-	2,0	2,0	2,0
Ваттметр указ. Д-335	0,5	0,5	0,5	2,0	2,0	2,0
Варметр указ. Д-304	0,5	0,5	0,5	2,0	2,0	2,0
Частотомер регистр. СЕ-304	0,2	0,2	0,2	0,6	0,6	0,6
	1,2	1,2	1,2	6,6	6,6	6,6

Выбираем ТТ ТЛМ 10-У3 1000/5



Таблица 12

Сравнение паспортных данных с расчетными

Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение
с	с

По формуле(40) Ом

R_к=0.05Ом

Z_2нтт=7м

По формуле(41) Ом

По формуле(42) мм²

В соответствии с ПУЭ берем провод сечением 2.5мм².

Выбираем ТН 3X3НОЛ.09

Таблица 13

Сравнение паспортных данных с расчетными

Расчетные данные	Паспортные данные	Сравнение

Выбираем медный провод сечением 2.5мм².

11. Выбор трансформатора собственных нужд

Собственные нужды электростанций - это комплекс, вспомогательного электрического оборудования электростанции, обеспечивающего бесперебойную работу её основных агрегатов, турбогенераторов, ядерных реакторов или гидротурбин.

Основными потребителями ТСН являются:

- Цепи обогрева высоковольтных выключателей и их приводов.

-Освещение подстанции.

- Зарядное устройство.

- Компенсаторы.

- Оперативные нужды.

Произведём расчёт вторичной нагрузки ТСН.

Таблица 14

Вторичная нагрузка ТСН

Потребитель.	Количество.	Pодн.ф, кВт.	Суммарная мощность, кВт.
Обогрев выключателя МКП-110 и его привод.	10	5.5	55
Обогрев выключателя ВПМ -10 и его привод.	5	2.8	14
Обогрев ячеек 10кВ КРУН.	9	1	9
Охлаждение трансформатора.	2	5.5	11
Освещение РУ и подстанции.	7	1	7
Зарядное устройство.	2	23	46
Нужды ОПУ.	1	7	7
Оперативные нужды.	1	10	10
Итого:			146

ТН - 250 /10.

Sн =250кВ

В нормальном режиме в работе находится 1 ТСН, а второй будет находиться в резерве.



Рисунок 7 Схема собственных нужд

12. Расчёт заземления подстанции

Заземление - это преднамеренное электрическое соединение какой-либо точки сети, электроустановки или оборудования с заземляющим устройством.

На подстанции необходимы три вида заземлений:

- защитное;

- рабочее;

- молниезащитное.

Защитным заземлением - называется заземление, выполняемое в целях электробезопасности.

Рабочим заземлением - называется заземление точки или точек токоведущих частей электроустановки, необходимое для обеспечения работы электроустановки (не в целях электробезопасности).

Молниезащитное заземление - необходимо для обеспечения эффективной защиты электроустановок от грозовых перенапряжений.

К молниезащитному заземлению относятся:

- заземления молниеотводов,

- заземления разрядников,

- заземления тросов,

- заземления крыш ЗРУ.

Для всех трех видов заземлений может использоваться одно и то же заземляющее устройство, но при этом оно выбирается по наиболее жестким требованиям, т.е. по наименьшей допустимой величине.

Для рабочего и защитного заземления обычно используется общий заземлитель. Причем наиболее жесткие требования обычно имеет защитное заземление.

Рабочее заземление зависит от режима нейтрали. Режим нейтрали до 1 кВ определяется только требованиями техники безопасности. Здесь может быть изолированная нейтраль и глухозаземленная.

Режим нейтрали выше 1кВ определяются следующими требованиями:

1) техники безопасности;

2) допустимым током однофазных замыканий;

3) перенапряжениями, возникающими в таких режимах;

4) надежностью работы релейной защиты;

5) рабочим напряжением неповрежденных фаз по отношению к земле.

В России применяются следующие режимы нейтралей:

- 6 кВ - изолированная (может с компенсацией емкостных токов);

- 10 кВ - изолированная (может с компенсацией);

- 35 кВ - с компенсацией (может изолированная);

- 110 кВ - эффективно заземленная;

- 220 кВ и выше - глухозаземленная.

В сетях с компенсацией емкостных токов в качестве расчетного тока следует принимать:

а) ток, равный 125 % номинального тока наиболее мощного из этих аппаратов (для заземляющих устройств к которым присоединены компенсирующие аппараты);

б) остаточный ток замыкания на землю, проходящий в данной сети при отключении наиболее мощных из компенсирующих аппаратов (для заземляющих устройств, к которым не присоединены компенсирующие аппараты).

Защитное сопротивление вычисляется для обоих классов напряжений, применяемых на подстанции. За расчетное сопротивление подстанции принимается наименьшее из сопротивлений.

Для расчета защитного сопротивления используются два основных инженерных способа: 1) коэффициентов использования; 2) наведенных потенциалов.

Способ коэффициентов использования применяется как при простых, так и при сложных конструкциях групповых заземлителей. При этом грунт рассматривается как однородный и лишь для верхнего слоя земли учитывается промерзание или высыхание грунта. В действительности земля не является однородной, а имеет сложное строение.

Во втором способе принимается двухслойная модель земли с разными удельными сопротивлениями нижнего и верхнего слоев грунта. Этот способ более трудоемок, требует дополнительных сведений о составе и удельных сопротивлениях грунта, но зато дает более точные результаты.

Для учебных целей, когда точных данных нет, обычно пользуются первым способом. Заземлители делятся на:

- естественные

- искусственные.

Для снижения расходов на заземляющие устройства в первую очередь нужно использовать естественные заземлители. В качестве естественных заземлителей рекомендуется использовать трубы водопроводов, трубопроводов (за исключением нефтепроводов и газопроводов), металлические и железобетонные конструкции зданий и сооружений, свинцовые оболочки кабелей (алюминиевые не допускаются).

Если сопротивления естественных заземлителей недостаточно, то применяются искусственные заземлители.

Искусственные заземлители - это металлические электроды, заглубленные в землю специально для устройства заземлителей. Они состоят из вертикальных электродов, связанных между собой горизонтальным электродом, уложенным на глубину 0,5?0,7 м

В зависимости от места размещения заземлители различают двух типов: выносной и контурный. Контурное заземляющее устройство размещают по контуру (периметру) площадки, на которой находится заземляемое оборудование, а также внутри этой площадки, потому его еще называют распределенным.



Рисунок 8 Схема заземления подстанции

Длина подстанции (а) = 100 м = 100000 мм

Ширина подстанции (в) = 80 м = 80000 мм

R иск = 0,5 Ом ; 0 = 100 Ом / м ; t = 0,6 м ;

Кс * 0 (45)

r г = * lg (46)

R г = (47)

L (длина полосы) = м

По формуле (45) Ом

По формуле (46) =

По формуле (47) R г = = 0,44 Ом

R г R иск

0,44Ом 0,5 Ом

Исходя из условий, вертикальные заземлители не требуются.

13. Расчёт зон молниезащиты и защита от перенапряжения

Ввиду большой дороговизны кабелей высокого напряжения, особенно это относится к кабелям напряжением 110 кВ и выше, большинство линий электропередач выполняются воздушными, а распред. устройства подстанций - открытыми (ОРУ). Поэтому возникает задача защиты таких эл. сетей как от прямых ударов молний, так и от атмосферных перенапряжений, возникающих при грозах.

Наиболее опасным проявлением молнии является прямой удар в эл. оборудование подстанции или в воздушные ЛЭП.

Для защиты сооружений от прямых ударов молний служат стержневые и тросовые молниеотводы.

Как уже отмечалось выше, кроме прямых ударов молний, ЛЭП и эл. оборудование подстанций подвергается воздействию волн перенапряжений, которые наводятся в воздушных ЛЭП от разрядов молний, происходящих вблизи от этих объектов.

Перенапряжением - называют такие повышения напряжения, которые представляют собой опасность для изоляции эл. установок. Кроме атмосферных на изоляцию эл. установок вредное влияние оказывают также внутренние или коммутационные перенапряжения, которые возникают в результате включения - отключения ненагруженных ЛЭП и трансформаторов.

По своему происхождению перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние (коммутационные).

Атмосферные перенапряжения возникают при прямых ударах молнии в электроустановку или наводятся (индуцируются) в линиях при ударах молний вблизи от них. Внутренние перенапряжения возникают при резких изменениях режима работы электроустановки, например, при отключении ненагруженных линий, отключении тока холостого хода трансформаторов, замыкании фазы в сети с изолированной нейтралью на землю, резонансных, феррорезонансных явлениях и др.

Перенапряжения при прямых ударах молнии могут достигать 1000 кВ, а ток молнии - 200 кА. Разряд молнии обычно состоит из серии отдельных импульсов (до 40 шт.) и продолжается не более долей секунды. Длительность отдельного импульса составляет десятки микросекунд. Индуктированные перенапряжения достигают 100 кВ и распространяются по проводам линии электропередачи в виде затухающих волн. Атмосферные перенапряжения не зависят от номинального напряжения электроустановки и потому их опасность возрастает со снижением класса напряжения электрической сети. Коммутационные перенапряжения зависят от номинального напряжения электроустановки и обычно не превышают 4Uном. Из сказанного следует, что основную опасность представляют атмосферные перенапряжения.

Перенапряжения весьма опасны по своим последствиям. Пробив изоляцию, они могут вызывать КЗ, пожары в электроустановках, опасность для жизни людей и др. Поэтому каждая электроустановка должна иметь защиту от перенапряжений.

В качестве основных защитных средств от атмосферных повреждений применяют молниеотводы, разрядники и искровые промежутки. Главной частью всех этих аппаратов является заземлитель, который должен обеспечить надежный отвод зарядов в землю.

Молниеотвод ориентирует атмосферный заряд на себя, отводя его от токоведущих частей электроустановки. Различают стержневые и тросовые (на воздушных линиях) молниеотводы.

Основными средствами защиты эл. установок от перенапряжений являются разрядники и ограничители перенапряжений (ОПН).

Разрядник представляет собой комбинацию искровых промежутков и дополнительных элементов, облегчающих гашение электрической дуги в искровом промежутке. Разрядники по исполнению делятся на трубчатые и вентильные, а по назначению - на под станционные, станционные, для защиты вращающихся машин и др.

Защитное действие разрядника заключается в том, что проходящий в них разряд ограничивает амплитуду перенапряжений до пределов, не представляющих опасности для изоляции защищаемого объекта. Возникающая при этом в разряднике электрическая дуга гасится после исчезновения импульсов перенапряжения раньше, чем срабатывает защита от КЗ, и, таким образом, объект не отключается от сети.

Каждый из разрядников, независимо от его типа и конструкции, состоит из искрового промежутка, один из электродов которого присоединяется к фазному проводу линии, а другой - к заземляющему устройству непосредственно или через добавочное сопротивление.

Через хорошо заземленный искровой промежуток вслед за импульсным током, возникающим после пробоя перенапряжением, проходит сопровождающий ток нормальной частоты (50 Гц), обусловленный рабочим напряжением. Разрядник должен обладать способностью быстро погасить сопровождающий ток после исчезновения перенапряжения. Для этого разрядник снабжают помимо искрового промежутка последовательно включенным с ним специальным элементом, обеспечивающим гашение сопровождающего тока. Для защиты воздушных ЛЭП широко применяются трубчатые разрядники и тросы, причем последние защищают ЛЭП также и от прямых ударов молний.



Рисунок 9 Схема зон защиты для двойного стрежневого молниеотвода

H- полная высота молниеотвода.

L- расстояние между молниеотводами.

Hx- высота защитного оборудования.

Rx- радиус защиты на высоте защищаемого оборудования.

Rx- радиус защиты на поверхности земли.

h0 = 0,85 * h (48)

r0 = (1,1 - 0,002 * h) * (49)

rx = (1,1 - 0,002 * h) * (h * ) (50)

hx = 13,5 ; h = 50 ; h 1,48 м

По формуле (48) h0 = 0,85 * 50 = 42,5м

По формуле (49) r0 = (1,1 - 0,002 * 50) * 50 = 50м

По формуле (50) rx = (1,1 - 0,002 * 50) * (50 * ) = 37,5 м



Рисунок 10 Распределение молниеотводов

Выбор ОПН: ОПН-РС/TEL 10/12,7.

Данные ограничители перенапряжений нелинейные типа ОПН - РС УХЛ1 предназначены для защиты от грозовых и коммутационных перенапряжений электрооборудования распределительных сетей 3, 6 и 10 кВ переменного тока частоты 48 - 62 Гц с изоляционной либо компенсированной нейтралью.

Ограничители ставим как на линию 10 кВ, так и на линию 220 кВ.



14. Расчёт освещения подстанции

Произведём расчёт общего прожекторного освещения территории ОРУ для возможности проведений осмотров и оперативного переключения в тёмное время суток.

Задаёмся площадью подстанции:

100

Минимальная освещённость - 10 люкс.

Произведём расчёт суммарного светового потока для получения необходимого уровня освещённости:

?Ф= Еmin (51)

Еmin-минимальное освещение.

Кз- коэффициент запаса (1.15 -1.5).

Кп- коэффициент потерь (1.5).

?Ф=10

Принимаем к установке прожектор Г004-1000-02 с дуговой ртутной лампой ДРИ -1000.

Ph=0.7кВт.

Фп=90000мм -световой поток.

?пром=0.3

Определяем необходимое количество прожекторов:

?прож= (52)

?прож =

Принимаем к установке 7 прожекторов.

Все прожекторы равномерно распределены по территории подстанции и закреплены на линейных порталах и мачтах молниеотводов.

Заключение

В ходе данной работы было выбрано следующее оборудование:

- Силовые трансформаторы ТДМ-25000/110;

- Разъединители РДЗ-110/1000Н УХЛ1;

- Выключатели ВГБ-110А; ВВЭ-10-31,5/1600 У3

- Трансформаторы тока ТФЗМ-110; ТМ-10

- Трансформаторы напряжения НКФ-110-58; ЗНОМ-10 06

- Трансформаторы собственных нужд ТМ 100/10;

- Освещение прожектор Г004-1000-02; Лампа ДРИ-1000

- Защита от перенапряжения и молниезащита;

Вывод: В ходе выполнения данного проект, я увидел на примере и понял какое силовое оборудование необходимо выбрать для полной компоновки подстанции, как происходит выбор силового оборудования, по каким параметрам оно выбирается, и с какой целью это всё проделывается, как выбирается защита подстанции и для чего это необходимо.

Размещено на Allbest.ru

...