Комплектная трансформаторная подстанция

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки республики Татарстан

Альметьевский государственный нефтяной институт

Кафедра электро- и теплоэнергетики

Курсовая работа

по дисциплине «Электрические и электронные аппараты»

на тему: «Комплектная трансформаторная подстанция»

Вариант 25

Выполнил: студент

Юсупов Р.Р.



Содержание:

Введение

Исходные данные

1.Определение номинальных токов двигательной нагрузки и нагрузки

уличного освещения

2. Определение суммарной мощности комплектной трансформаторной подстанции (КТП

3. Выбор КТП по мощности, номинальному току и напряжению

4. Описание полной электрической схемы КТП, его устройство и конструкцию

5. Выбор кабеля для отходящих линий КТП (кабель низкого напряжения

6. Определение сопротивлений трансформатора и кабелей

7. Определение токов короткого замыкания (КЗ

8. Определение ударного тока КЗ

9. Проверка условия нормального пуска двигателя

10. Выбор автоматических выключателей

13.Выбор измерительных трансформаторов тока (ТТ

14. Выбор предохранителя высокого напряжения и низкого напряжения для линии уличного освещения

15.Выбор разрядников высокого напряжения

Заключение

Список используемой литературы

подстанция мощность напряжение



Введение.

Одним из самых распространенных комплектных электротехнических устройств высокого напряжения считаются комплектные трансформаторные подстанции.

Комплектная трансформаторная подстанция (КТП) представляет собой комплект оборудования, который позволяет снизить рабочее напряжение с 6-10 кВ до относительно низкого напряжения 220-660 В. КТП имеет все элементы, которые позволяют снизить рабочее напряжение, обеспечить защиту оборудования от коротких замыканий (КЗ), коммутировать токи нагрузки и позволяет производить учет электроэнергии. Весь комплекс элементов КТП изготовляется на заводе, собирается в единую установку, и проводятся испытания, которые свидетельствуют о полной готовности КТП к работе.

В настоящее время в КТП для повышения надежности применяются современные коммутационные и защитные аппараты от перенапряжений и от КЗ. Современные КТП используются в металлических кожухах и заполнены элегазом. Это даст возможность продлить срок службы оборудования до 25 лет практически без ухода и обслуживания.



Исходные данные:

Параметры	25
Соотношение сопротивлений питающей системы и силового трансформатора, XC/XT	1
Длина кабеля - l0, м,	50
Длина кабеля - l1, м,	60
Длина кабеля - l2 , м,	100
Материал кабеля	Al
Осветительная нагрузка,кВт	20
Номинальное линейное напряжение - Uном.л ,В	380
Номер схемы для первой линии	4
Кратность пускового тока двигателя - Ki	7,5
Время пуска двигателя - tп, с	6

Параметры \номер двигателя	Pном ,кВт		cosном	Sн					J, кг/м2
АИР132М4	11	87,5	0,87	3,5	2,7	2	1,6	7,5	0,04
АИР112М4	5,5	85,5	0,86	4,5	2,5	2	1,6	7	0,017



Введение

Целью данной работы является расчет комплектной трансформаторной подстанции и ее элементов.

Комплектные трансформаторные подстанции считаются одним из самых распространенных комплектных электротехнических устройств высокого напряжения.

Комплектная трансформаторная подстанция(КТП) представляет собой комплект оборудования, который позволяет снизить рабочее напряжение с 6-10 кВ до относительно низкого напряжения 220-660В. КТП имеет все элементы, которые позволяют снизить рабочее напряжение, обеспечить защиту оборудования от коротких замыканий, коммутировать токи нагрузки и позволяет производить учет электроэнергии. Весь комплекс элементов КТП изготавливается на заводе, собирается в единую установку, и проводится испытания, которые свидетельствуют о полной готовности КТП к работе.

В настоящее время в КТП для повышения надежности применяются современные коммутационные и защитные аппараты от перенапряжений и от КЗ. Современные КТП используются в металлических кожухах и заполнены элегазом. Это дает возможность продлить срок службы оборудования до 25 лет практически без ухода и обслуживания.



1. Определение номинальных токов двигательной нагрузки и нагрузки уличного освещения

а) Номинальный ток двигателя:

где: Pном - номинальная мощность двигателя;

Uном.л - номинальное линейное напряжение на обмотке статора;

з - к.п.д. при номинальном моменте на валу двигателя.

б) Номинальный ток линии освещения:

где: Pном.осв - суммарная номинальная мощность линии освещения.

сosц = 1 - для осветительной нагрузки.



2. Определение суммарной мощности комплектной трансформаторной подстанции (КТП)

Суммарная нагрузка трансформатора:

Где S1 - световая нагрузка:

S2 - суммарная нагрузка от двигателей:



3. Выбор КТП по мощности, номинальному току и напряжению

Номинальное вторичное напряжение силового трансформатора должно соответствовать номинальному напряжению нагрузки Uном.л. Мощность силового трансформатора Sт должна быть не менее суммарной мощности нагрузки S. Поскольку имеется световая нагрузка, то используется трехфазная система с глухозаземленной нейтралью.

Тип	S, B*A	Uк, %	Потери, кВт
			Px	Pк
ТМ-63/10	63	4,5	0,265	1,28



4. Описание полной электрической схемы КТП, его устройство и конструкцию

Трансформаторная подстанция - это электроустановка, предназначенная для преобразования (повышения или понижения) напряжения в сети переменного тока и распределения электроэнергии и состоящая из силовых трансформаторов, распределительного устройства РУ, устройства автоматического управления и защиты, а так же вспомогательных сооружений.

Трехфазное напряжение (10 кВ) от источника или от другой подстанций поступает в высоковольтный выключатель нагрузки, обеспечивающий включение и отключение электрических цепей в различных режимах работы, включая аварийные, например, короткое замыкание (КЗ).

После чего параллельно к линии питания подключают высоковольтные разрядники. Разрядники служат для защиты установки от перенапряжений, возникающих в процессе коммутации и воздействии атмосферных явлений.

При повышении напряжения сверх номинального значения разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе установки. Напряжение пробоя разрядника должно быть ниже испытательного напряжения оборудования, благодаря чему сохраняется изоляция установки. Также предусмотрены предохранители высокого напряжения, служат для защиты цепей от больших токов перегрузки и токов КЗ.

С помощью трансформатора напряжение понижают до 380 В, удобного для использовании приемника. В нашем случаи применена соединение обмоток "звезда / звезда с нулевым проводом".

Автоматические выключатели служат для защиты кабелей, проводов и конечных потребителей от перегрузки и КЗ, способный включать, проводить и отключать токи при нормальном состояний электрической цепи.

После автоматического выключателя, от общей линии отходят три параллельные линий, которые обеспечивают питание уличного освещения и двигателей.

Трансформаторы тока предназначены для измерения и контроля больших токов с использованием стандартных измерительных приборов и устройств автоматического управления и контроля. Вместе с тем трансформатор тока служит для изоляций различной аппаратуры от потенциала сети, в котором производится измерение. Трансформаторы тока включены непосредственно в линию питания двигателей.

Для линии освещения предусмотрены предохранители низкого напряжения, служащий для защиты цепей от больших токов перегрузки и токов КЗ.

На первой линии имеется нагрузка в виде трех двигателей соединенных параллельно относительно лини, на второй линии имеется нагрузка в виде одного двигателя.

QS 1 - высоковольтный выключатель нагрузки

Коммутационные аппараты (выключатели) предназначены для осуществления оперативной и аварийной коммутации в энергосистемах, для выполнения операций включения и отключения отдельных цепей при ручном или автоматическом управлении. Во включенном состоянии выключатели должны беспрепятственно пропускать токи нагрузки. Характер режима работы этих аппаратов несколько необычен: нормальным для них считается как включенное состояние, когда они обтекаются током нагрузки, так и отключенное, при котором они обеспечивают необходимую электрическую изоляцию между разомкнутыми участками цепи. Коммутация цепи, осуществляемая при переключении выключателя из одного положения в другое, производится нерегулярно, время от времени, а выполнение им специфических требований по отключению возникающего в цепи короткого замыкания чрезвычайно редко.

FU 1... FU 3 - высоковольтные разрядники

Основными элементами вентильных разрядников являются искровые промежутки, последовательно соединенные с резистором, имеющим нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ).

FU 4... FU 6 - предохранители

Предохранители - это электрические аппараты, предназначенные для защиты электрических цепей от токов короткого замыкания и токов перегрузки. Преимущественно предохранители используются для защиты от токов короткого замыкания.

TV 1 - силовой трансформатор

Силовые трансформаторы являются основным электрическим оборудованием электроэнергетических систем, обеспечивающим передачу и распределение электроэнергии на переменном трехфазном токе от электрических станций к потребителям.

QF 1, QF 2, QF 3 - автоматические выключатели

Автоматические выключатели (автоматы) низкого напряжения (до 1000 В) предназначены для автоматической защиты электрических сетей и оборудования от аварийных режимов (коротких замыканий, перегрузок, снижения и исчезновения напряжения, изменения направления тока, гашения магнитного поля мощных генераторов в аварийных условиях и др.), а также для оперативной коммутации номинальных токов. Для обеспечения селективной (избирательной) защиты в автоматах предусматривается возможность регулирования уставок по току и по времени. Быстродействующие автоматы снижают время срабатывания и ограничивают отключаемый ток сопротивлением возникающей электрической дуги в автомате. Нередко эти факторы определяют принцип устройства и особенности конструкции автоматов.

ТА1, ТА2, ТАЗ - измерительные трансформаторы тока

Трансформатор тока (ТА) служит для измерения, преобразования и передачи информации о режиме работы сильноточной цепи высокого напряжения в цепь низкого напряжения с целью ее последующей обработки. При этом одновременно ТА служит для изоляции первичной цепи высокого напряжения от вторичной цепи низкого напряжения, имеющей потенциал земли. Информация на вторичной стороне используется как для целей измерения мощности при помощи амперметра, ваттметра, качества энергии, так и для системы релейной защиты. Поэтому ТА, как правило, имеют две вторичные обмотки: одну для измерения, другую для защиты. Вторичный ток ТА имеет нормированные значения: 5 или 1 А. Первичная цепь трансформатора тока постоянно включена в цепь высокого напряжения и является первым элементом (датчиком контроля тока) системы релейной защиты. От точности передачи информации зависит четкость и быстрота ликвидации аварии.

РА1...РАЗ амперметры

Амперметры для измерения электрического тока устанавливают на всех трансформаторах и линиях, питающих приемники электроэнергии или их группы.

SA 1 переключатель (рубильник)

Переключатель (рубильник) - предназначен для ручного включения и отключения цепей с постоянным или переменным напряжением. В данном случае применяется трехполюсный переключатель с центральным рычажным приводом и дугогасительной камерой. Включение и отключение линии уличного освещения осуществляется вручную выключателем SA1.

Рис.1. Электрическая схема КТП



5. Выбор кабеля для отходящих линий КТП (кабель низкого напряжения)

Кабель низкого напряжения выбирается по номинальному напряжению и току нагрузки, учитывая, что длительно допустимый ток кабеля должен быть на 20% больше номинального тока линии

Выбираем алюминиевый 3-х жильный кабель.

Кабель для линии уличного освещения 3*25 мм2

Кабель для линии №1 3*16 мм2

Сечение жил, мм2	Al rуд	xуд трехжильный кабель
3*25	3,84	0,087
3*16	3,84	0,082

Зависимость сечения токопроводящей жилы от токовой нагрузки

Сечение токопроводящей жилы , мм2	Токовая нагрузка , А
25	70
16	55



6. Определение сопротивлений трансформатора и кабелей.

Полное сопротивление трансформатора:

где Uк - напряжения короткого замыкания трансформатора, % (находит по мощности силового трансформатора см. приложение 2); Iном.т - номинальный ток трансформатора, А

Активное сопротивление обмоток трансформатора:

где Pк - активные потери в обмотках трансформатора, Вт на 3 фазы (Смотри приложение 1).

Реактивное сопротивление обмоток:

Для расчета сопротивлений кабелей по таблице 2 (см. приложение 2) для выбранного сечения кабеля находят удельное активное сопротивление rуд (мОм/м) и удельное реактивное сопротивление худ (мОм/м)

Сопротивление кабеля:

Линия освещения

Линия №1

Полное сопротивление определяется как:

Где Хс/Хт=1, Хс=Хт*1=0,041*1=0,041

где Xc - приведенное индуктивное сопротивление энергосистемы (находим из заданного соотношения Хс/Хт), Ом, Rпк - переходное сопротивление контактов в местах соединения (принимаем равным 15мОм). Активным сопротивлением системы пренебрегаем.



7. Определение токов короткого замыкания (КЗ).

В месте установки двигателя ток трехфазного КЗ находится как

двухфазного -

Ток однофазного КЗ в том же месте:

Активные и индуктивные сопротивления, мОм трансформаторов 6(10)/0,4 кВ

Мощность трансформатора, кВ*А	uк, %	x1T=x1	x0T	r1=r1T	r0T	ZT(1)/3
63	4,5	0,102	0,873	0,052	0,504	1237

r1 и x1 - соответственно активное и индуктивное сопротивления прямой последовательности трансформатора, Ом, (r1 = r1Т и x1= x1Т ); а r0 и x0 находятся как

где r0Т и x0Т - соответственно активное и индуктивное сопротивления нулевой последовательности трансформатора, Ом; r0к и x0к - активное и индуктивное сопротивления кабелей, Ом (r0к = rк и x0к = xк); rн.п и xн.п. - активное и индуктивное сопротивления нулевого проводника, Ом (находится также как и сопротивление кабеля).



8. Определение ударного тока КЗ

Ударный коэффициент kуд зависит от (Хт+Хк)/(Rт+Rк) и определяется кривым изменения ударного коэффициента



9. Проверка условия нормального пуска двигателя

- в условия легкого пуска двигателя (длительность пуска не превышает 0,5/4с)

- в условия тяжелого пуска двигателя (длительность пуска свыше 4 с)

где Iп.дв - пусковой ток двигателя, рассчитываемый как

Двигатели линии №1

Условия тяжелого пуска двигателя выполняется

Условия тяжелого пуска двигателя выполняется



10. Выбор автоматических выключателей

Выбор автоматических выключателей проводится согласно условиям:

а) величина номинального напряжения должна соответствовать величине номинальному напряжения нагрузки;

б) номинальный ток расцепителя выбирается по номинальному току нагрузки. Выбранный автомат должен быть проверен по ПКС (предельной коммутационной способности). Выбираем автоматический выключатель QF1для защиты трансформатора

1. по номинальному напряжению

Uном.сети=Uном.нагр; 380В=380В

2. По номинальному току расцепителя

Iном.нагр.=Iном.осв.+Iном.дв1+2*Iном.дв2=52,63+21,95+2*11,36=97,3

Iномрас?Iном.нагр

100А?97,3А

Выбираем автоматический выключатель АЕ-200

Выбираем автоматический выключатель QF3 для защиты линии№1

1. по номинальному напряжению

Uном.сети=Uном.нагр; 380В=380В

2. По номинальному току расцепителя

Iном.нагр.=21,95+2*11,36=44,67

Iномрас?Iном.нагр

50А?44,67А

Выбираем автоматический выключатель АК-50

Параметры выключателей

Тип	Ном.ток, А	Ном. напряжение	Число полюсов	Ток уставки,А	Пред.ток откл, А
АЕ-2000	100	220-500	1,2,3	250-600	16000
АК-50	50	320-400	1,2,3	2-50	9000



11.Выбор измерительных трансформаторов тока (ТТ)

Выбор ТТ проводится согласно условиям:

а) номинальное напряжение ТТ должно соответствовать номинальному напряжению установки;

б) вторичный ток ТТ соответствует номинальному току измерительных приборов (первичный ток ТТ должен быть больше тока линии);

в) класс точности: для щитовых приборов класс точности 3, для измерительных приборов и счетчиков энергии - 0,5 или 1;

г) термическая и динамическая стойкость ТТ должна соответствовать току КЗ, протекающему по первичной обмотке.

Тип транс-форма-тора	Вариант испол-нения	Ном. первич-ный ток,А	3-секунтная термичес-кая стойкость или кратность	Электро-дин. стойкость или кратность	Ном. втор. нагрузка, ВА	Ном. предельная кратность защитной обмотки	Масса, кг
					Измери-тельная обмотка	Защит-ная обмотка
ТПЛ-10-1	0,5/10р	5*1500	-	-	10	15	10	23

Ток КЗ трансформатора:

Электродинамическая стойкость:



12. Выбор предохранителя высокого напряжения и низкого напряжения для линии уличного освещения

Выбор предохранителя высокого напряжения для защиты цепей от больших токов перегрузки и токов КЗ производится согласно следующим условиям:

а) номинальное напряжение предохранителя должно быть равно номинальному напряжению установки Uном. пр = Uном. установки;

б) номинальный ток предохранителя должен быть равен или больше номинального тока установки Iном. пр Iном. установки;

в) номинальный ток отключения должен быть равен или больше наибольшего тока КЗ в цепи Iо.ном. Iк.з. наиб.;

г) предохранитель не должен отключаться от пусковых токов двигателей и силовых трансформаторов. Ток отключения предохранителя при времени воздействия 1 с должен быть в два раза больше пускового тока двигателя. Предохранитель не должен отключаться пусковыми токами силовых трансформаторов. Для выбора предохранителей в цепях силовых трансформаторов согласно рекомендациям по эксплуатации пользуются следующей таблицей, а номинальный ток отключения выбирается по наибольшему из расчетных токов КЗ Iкз1 и Iкз2 соответственно до и после силового трансформатора, определяемых как

Ток короткого замыкания после силового трансформатора

где kт=Uном1/Uном2 =10000/380=26,31- коэффициент трансформации силового трансформатора, Uном1 и Uном2. - соответственно первичное и вторичное напряжения силового трансформатора.

Ток на стороне высшего напряжения:

Выбираем предохранитель с кварцевым наполнителем ПКТ 102-6-80-20 УЗ

Клас напряжения	Ном. ток, А	Ток отключения	диаметр	длинна	Категория по климату
6	80	20	72	364	УЗ

Выберем предохранители низкого напряжения

Тип	Номинальное напряжение	Номинальный ток	Предельный ток отключения	Габаритный размер
ПР-2-60	380	60	4500	173*30*43



13.Выбор разрядников высокого напряжения

Разрядники служат для защиты установки от перенапряжений, возникающих в процессе коммутации и воздействии атмосферных явлений. При повышении напряжения сверх номинального значения разрядник срабатывает и ограничивает напряжение на фазе установки.

.

Разрядник серии РВО

Тип исполнения	Номинальное напряжение	Пробивное напряжение	Габаритный размер
		Нижний	Верхний
РВО-10У1	10	26	30,5	У1



14.Выбор высоковольтного выключателя нагрузки

Первичная обмотка силового трансформатора подключается к сети высокого напряжения через выключатель нагрузки, предназначенный для включения-отключения номинального тока нагрузки.

Номинальные параметры выключателя :

- номинальное напряжение, Uном, кВ;

- номинальный длительный ток, Iном, А, при cos = 0,8;

- ток термической стойкости, IТ, кА, при времени термической стойкости tк;

- ток динамической стойкости, iдин, кА.

Условия выбора выключателя:

Uном = Uном установки;

Iном Iном установки;

IТ Iкз;

Iдин Iуд в месте установки.

Выбираем выключатель ВНА -10/400-Л-з-И2-УХЛ2

Номинальное напряжение	Номинальный ток	Ток динам.стойкости	Тор термич. стойкости	Габаритный размер
10	400	51	20	УХЛ2



15. Выбор разъединителей для включения и отключения обесточенных цепей высокого напряжения

В виде исключения разрешается коммутировать разъединителем небольшие токи нагрузки и емкостные токи линий небольшой длины:

а) номинальное напряжение разъединителя должно быть равно номинальному напряжению установки Uном раз = Uном установки;

б) номинальный ток разъединителя должен быть не менее номинального тока установки Iном раз = Iном установки;

в) токи термической и динамической стойкости разъединителя должны соответствовать наибольшим токам КЗ цепи iдин раз iуд кз, IТ раз Iкз при времени протекания тока КЗ tк.

Разъединитель внутренней установки с одним заземляющим РВЗ-1-10/400 УХЛ2

Номинальное напряжение	Номинальный ток	Ток динам.стойкости	Тор термич. стойкости
380	400	51	20



Заключение

Таким образом в данном курсовом проекте были расчитаны все оборудования в КТП, необходимое для нормального функционирования и надежности ка всей системы в целом так и отдельных его элементов. Выбор элементов системы зависит от множества параметров: номинальное напряжение, номинальный ток, номинальный ток отключения, условие селективности работы ит.д.

По итогам вышеизложенных расчетов был выбран КТП 40-6/0,4 так же были выбраны элементы:

Силовой трансформатор ТМ63/10;

Трехжильные кабеля :

-3*25 для линии освещения

-3*16 для линии №1

Трансформатор тока ТЛМ -10-1

Предохранитель высокого и низкого напряжения ПКТ 102-6-80-20УЗ, ПР-2-60;

Разрядник высокого напряжения РВО-10У1;

Высоковольтный выключатель нагрузки ВНА-10/400;

Разъединитель для включения и отключения обесточенных цепей высокого напряжения РВЗ-1-10/400 УХЛ2

Автоматический выключатель QF1 для защиты трансформатора АЕ-2000 автоматический выключатель QF3 для защиты линии №2 АК-50.



Список используемой литературы

Артыкаева Э.М. Методические указания по выполнению контрольных работ «Электрические аппараты» Альметьевск 2014

Герасимов В.Г. «Электротехнический справочник»,М, 2003 г.

Чунихин А.А., «Электрические аппараты»,М,1988 г.

Нестерин В.А., Артыкаева Э.М., «Электрические и электронные аппараты» мет.указ.,А,2008г.

Выбор электрических аппаратов для управления и защиты асинхронных двигателей. Акимов Е.Г. -М.: Изд-во МЭИ, 1997.

Алиев И.И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию. Ростов Н/Д: Феникс 2014

Электротехнический справочник МЭИ том 2 Энергоатомиздат,2013

Чунихин А.А. Электрические аппараты. М. Энергоатомиздат,2013

Размещено на Allbest.ru

...