Модернизация электрооборудования на подстанции 110/10 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В настоящее время ускорение научно-технического прогресса диктует необходимость совершенствования промышленной электроэнергетики: создания экономичных, надежных систем электроснабжения промышленных предприятий, освещения, автоматизированных систем управления электроприводами и технологическими процессами; внедрения микропроцессорной техники, вакуумного электрооборудования, новых комплектных преобразовательных устройств. На проектирование электроснабжения промышленных предприятий занято огромное количество инженерно-технических работников, накопивших значительный опыт.

Проектируемая подстанция находится в городе Вольске Саратовской области.

Непрерывность технологического процесса, тяжелые условия работы электроустановок и электрооборудования создают особые требования к системе электроснабжения. Это надежность и бесперебойность питания.

При выборе главной схемы неотъемлемой частью ее построения являются обоснование и выбор параметров оборудования и аппаратуры, и рациональная их расстановка в схеме, а также принципиальное решение вопросов защиты, степени автоматизации и эксплуатационного обслуживания подстанции. Последние вопросы в свою очередь оказывают непосредственное влияние на наличие или отсутствие эксплуатационного и ремонтного персонала на главной понизительной подстанции предприятия.

Надежность уже выбранной главной схемы электрических соединений определяется надежностью ее составляющих элементов, в число которых входят силовые трансформаторы, выключатели, разъединители, сборные шины, а также линии электропередачи.

Экономическая целесообразность главной схемы электрических соединений предприятия определяется суммарными минимальными расчетными затратами.

Реконструкция ТП 110/10/0,4 вызвана необходимостью модернизации и замены устаревшего электрооборудования и автоматики.

Цель данного дипломного проекта заключается в модернизации электрооборудования на подстанции «Поляна» предприятия АО «Вольский механический завод» и подразумевает под собой следующее:

1) Установка вакуумных выключателей на стороне 10 кВ;

2) Замена разрядников на более современные ограничители перенапряжения;

3) Установка современных счетчиков, предназначенных для автоматического контроля учета электроэнергии;

4) Замена и установка релейной защиты и автоматики на современную.

Задача данного дипломного проекта заключается в целях обеспечения бесперебойности питания электроэнергией ответственных потребителей и повышения устойчивости аппаратуры по отношению к токам короткого замыкания. Так же предусматривается автоматизация в системах электроснабжения АВР, АПВ, что позволяет обходиться без дежурного персонала на подстанциях.

Актуальность проекта: Износ электрооборудования на модернизируемой подстанции составляет около 70%. Поэтому актуальным остается вопрос реконструкции и модернизации электрооборудования на данной подстанции «Поляна» Вольского механического завода.

1.1. Характеристика потребителей электроэнергии. Определение категории электроснабжения

Электроснабжение объекта может осуществляться от собственной электростанции.

Требования, представляемые к надёжности электроснабжения от источников питания, определяются потребляемой мощностью объекта и его видом.

Приёмники электрической энергии в отношении обеспечения надёжности электроснабжения разделяются на несколько категорий.

Первая категория - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой опасность для жизни людей, значительный экономический ущерб, повреждение дорогостоящего оборудования, расстройство сложного технологического процесса, массовый брак продукции.

Из состава электроприёмников первой категории выделяется особая группа (нулевая категория) электроприёмников, бесперебойная работа которых не обходима для безаварийного останова производства с целью предотвращения угрозы для жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего оборудования.

Вторая категория -электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовым недоотпускам продукции, массовым простоям рабочих, механизмов. Допустимый интервал продолжительности нарушения электроснабжения для электроприёмников второй категории не более 30 минут.

Третья категория - все остальные электроприёмники, не подходящие под определение первой и второй категорий.

Электроприёмники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, при отключении одного из них переключение на резервный должно осуществляться автоматически. Согласно определению ПУЭ независимыми источниками питания являются такие, на которых сохраняется напряжение при исчезновении его на других источниках, питающих эти электроприёмники. Согласно ПУЭ к независимым источникам могут быть отнесены две секции или системы шин одной или двух электростанций, или подстанций при соблюдении следующих условий:

- каждая эта секция или система шин питается от независимых источников.

- секции шин не связаны между собой или же имеют связь, автоматически отключающуюся при нарушении нормальной работы одной из секций шин.

Для электроснабжения электроприёмников особой группы должен предусматриваться дополнительный третий источник питания, мощность которого должна обеспечивать безаварийную остановку процесса.

Электроприёмники второй категории рекомендуется обеспечивать от двух независимых источников питания, переключение можно осуществлять не автоматически.

Электроснабжение электроприёмников третьей категории может выполняться от одного источника при условии, что перерывы электроснабжения. необходимые для ремонта и замены поврежденного оборудования, не превышают одних суток.

Электрооборудование второй очереди предприятия АО «Вольский механический завод» и ИК-5 относится ко 2 категории электроснабжения и может питаться как от одного, так и от другого источника электроэнергии при условии, что перерывы электроснабжения не превышает 30 минут.

Оборудование подстанции «Поляна» г.Вольска.

На подстанции на напряжении 10 кВ принята одинарная двухлучевая (на два луча с помощью выключателей нагрузки ВНВР) система сборных шин, к которой подключаются два силовых трансформатора мощностью 16000 кВА каждый, две вводные линии, две отходящие линии и две линии секционирования.

В проекте предусмотрена установка ячеек КСО-10-1000/20-10-2-Э2 УЗ.1«Онега» со следующим оборудованием:

- на вводах - ячейки с выключателем нагрузкиВКЭ-10-20/1600У3

- на линиях силовых трансформаторов - ячейки с выключателем вакуумнымВБУЭЗ-10-20/1600 У2, трансформаторами тока ТОЛ-СЭЩ-10-01-0,2S, релейной защитой на базе Сириус-Т, разъединителемРВЗ-10 1500 II УХЛ2, зaзeмлитeль ЗН 10/1000 УXЛ2.

- секционирование - ячейки с выключателями нагрузки ВКЭ-10-20/1600У3;

- на отходящих линиях - ячейки с выключателями нагрузки ВКЭ-10-20/1600У3;

Силовые трансформаторы Т1 (А), Т2 (Б).

Проектом предусмотрена установкадвух герметичных масляных трансформаторов типаТДН-16000/110/10 УХЛ1с группой соединения«Yн/Д-11» производства «СвердловЭлектро».

Потребителем данной подстанции является вторая очередь предприятия АО «Вольский механический завод» и исправительная колония ИК-5. В проекте будет рассматриваться АО «ВМЗ».

Потребляемая мощность всех электроприемников Р_{мин.расчет.мощн.}Р_мин.=310 тыс. кВт/ч.

Данный потребитель электроэнергии имеет вторую группу по категории электроснабжения. В данном проекте на подстанции установлены два трансформатора ТДН-16000/110/10 УХЛ1.

Номинальный вторичный ток 200А, а максимальная потребляемая мощность второй очереди АО «ВМЗ» и ИК-5 г.Вольска составляет 417,5 тыс. кВт/ч.

1.2. Выбор величины питающего напряжения силовой сети и сети освещения (до и выше 1000 В)

Учитывая, что определяющим параметром технико-экономических показателей является в основном принятое напряжение, рассматриваются возможные варианты электроснабжения, т.е. осуществляется выбор питающего напряжения.

Напряжение 10 кВ применяют для внутризаводского распределения энергии:

- на крупных предприятиях с наличием двигателей, допускающих непосредственное присоединение к сети 10 кВ;

- на предприятиях небольшой и средней мощности при отсутствии или незначительном числе двигателей, которые могут быть присоединены непосредственно к сети 6 кВ;

- при наличии заводской электростанции с напряжением генераторов 10 кВ. Напряжение 6 кВ применяют:

- при наличии на предприятии значительного количества электроприемников на это напряжение,

- при наличии заводской электростанции на напряжение 6кВ;

- на реконструируемых предприятиях, имеющих напряжение 6кВ.

Для внутрицеховой системы электроснабжения используется напряжение 380 и 660В.

Напряжение 380 В применяют для питания силовых общепромышленных электроприемников.

Напряжение 660 В рекомендуется для применения в следующих случаях: если по условиям генплана, технологии и окружающей среды не могут быть осуществлены в должной мере глубокие вводы, дробление цеховых подстанций и приближение их к центрам питаемых ими групп электроприемников, и в связи с этим имеют место протяженные и разветвленные сети до 1000 В, а также при крупных концентрированных нагрузках.

Целесообразность применения напряжения 660 В должна обосновываться технико-экономическими сравнениями с напряжением 380/220 В с учетом перспективного развития предприятия, удешевления электродвигателей 660 В и лучшего их КПД по сравнению с электродвигателями 6 кВ, а также с учетом уменьшения потерь электроэнергии в сети 660 В по сравнению с сетью 380 В.

Для осветительных установок преимущественно применяют осветительные сети переменного тока с заземленной нейтралью напряжением 380/220 В.

Сети с изолированной нейтралью напряжением 220 В и ниже используют, в основном, в специальных электроустановках при повышенных требованиях к электробезопасности.

Постоянный ток применяется для резервного питания особо ответственных осветительных приемников и в специальных электроустановках.

При напряжении силовых приемников 380 В питание освещения, как правило, осуществляют от трансформаторов 380/220 В, общих для силовой и осветительной нагрузок.

Обеспечение качества электроэнергии на зажимах приемников электроэнергии - одна из наиболее сложных задач, решаемых в процессе проектирования и эксплуатации систем электроснабжения. Для рациональной работы электроприемников необходимо, чтобы качество электроэнергии трехфазных сетей соответствовало качественным показателям регламентируемых ГОСТ 13109-77:

- отклонение напряжения (+- 5 % для осветительной сети, +- 5-10% для силовой сети);

- отклонение частоты (от 1,5 до 4%);

- коэффициенты не симметрии и неуравновешенности напряжений (К_и <=2%)

На основании этого выбираем напряжение 10 кВ для питания силовых трансформаторов с глухозаземленной нейтралью на стороне низкого напряжения, 380/220 В для силовой нагрузки, 220 В для общего освещения, 110 В для цепей управления станков и 12 В для ремонтного, так как имеются особо неблагоприятные условия при ремонте (теснота, неудобное положение работающего и др.) согласно ПУЭ 6.1.9. Частота сети 50 Гц.

Выбираем систему заземления на стороне 380/220 В - TN: подсистема TNS. TN -S - нулевой рабочий, N- нулевой, защитный - PE. Проводники работают раздельно по всей системе (S -separated -раздельный).

Достоинства подсистемы TN-S.

Наиболее современная и безопасная система заземления. Рекомендуется при строительстве новых зданий. Способствует надежной защите человека, оборудования, а также защиты зданий.

1.3. Ведомость потребителей электроэнергии для проектирования технических характеристик

Силовой трансформатор маркой ТДН-16000 110/10/0,4 УХЛ1;

Напряжение на первичной обмотке трансформатора 110 кВ;

На вторичной обмотке трансформатора 10 кВ;

Подстанция обеспечивает электроснабжение исправительной колонии ИК-5 и второй очереди АО «ВМЗ» с номинальной мощностью 310000 кВт/ч.

Установленная мощность силового трансформатора S_уст кВА - 16000

Номинальная расчетная мощность P_pном-310000 кВт/ч.

Напряжение распределительной сети U_нн. В - 400 В.

Коэффициент мощности cosf-0,74

Номинальный ток счетчика I_{н сч}. А - 5.

Номинальный ток на стороне 10 кВ -I_Ном = 1300 А

1.4 Электроснабжение

1.4.1 Выбор схемы электроснабжения подстанции

При радиальной схеме электроснабжение осуществляется линиями, не имеющими распределение энергии по их длине. Радиальные схемы выполняются изолированными кабелями или проводами. Они применяются:

· Для питания нагрузок большой мощности:

· При неравномерном размещении электрооборудования потребителя.

· Для питания ЭП во взрывоопасных, пожароопасных и пыльных помещениях.

Достоинства радиальной схемы:

1. Высокая надежность питания, т.к. аварийное отключение одной линии не отражается на электроснабжении остальных потребителей.

2. Удобство эксплуатации и автоматизации.

3. Простота схемы.

Недостатки радиальной схемы:

1.Большой расход продукции

2.Большое количество коммутационной и защитной аппаратуры

3.Ограниченая гибкость сети при перемещении ЭП

Магистральные схемы - это линии, питающие потребителей и имеющие распределение энергии по длине.

При магистральной схеме ЭП могут быть подключены в любой точке магистрали.

Такие схемы выполняются кабелями, шинами, проводами.

Магистральные схемы имеют следующие достоинства:

- лучшая загрузка линий, т. к. к каждой линии подключена не одна, а группа ТП;

- меньший расход кабелей;

- на ЦП и РП нужно устанавливать меньшее количество выключателей.

Недостатки одиночных магистралей заключаются в трудностях при отыскании места повреждения магистрали и в более низкой надежности электроснабжения по сравнению с радиальной схемой. Последнее объясняется тем, что на надежность работы магистрали влияют показатели надежности стороны ВН ТП, включая силовые трансформаторы. Применение двухстороннего питания одиночных магистралей (петлевая схема) не решает проблемы обеспечения надежности и решения трудностей при отыскании места повреждения. Двойные магистрали с двухсторонним питанием (двухлучевые схемы) могут обеспечить достаточную надежность электроснабжения всех категорий электроприемников. Это обусловило их широкое распространение в электроснабжении городов.

Смешанная схема -- электроснабжение осуществляется радиальными и магистральными линиями, тем самым обеспечивая достаточную её надежность, экономичность и меньшую громоздкость.

Требованиям II категории надежности отвечают широко распространенные магистральные многолучевые схемы, чаще всего двухлучевые.

На основании этого выбираю смешанную схему электроснабжения питающих и распределительных сетей с источником питания от двух трансформаторов.

1.4.2 Расчёт электрических нагрузок

Так как наша подстанция обеспечивает электроэнергией предприятия АО «Вольский механический завод» и исправительную колонию ИК-5, потребляемая мощность активная номинальная Р_ном.= 310000 кВт/ч.

На предприятии АО «ВМЗ» есть электроприемники, потребляющие реактивную мощность.

Реактивная мощность известна, Q=240000 кВА.

Полная мощность известна S=16000 кВА.

Активная, реактивная и полная мощность известна из установленных данных.

1.4.3 Компенсация реактивной мощности

При выборе конденсаторной установки требуемая суммарная мощность конденсаторных батарей определяется, исходя из формулы:

Qк = P x (tg(ф1)-tg(ф2))

Здесь Р -потребляемая активная мощность;

S и S'-полная мощность до и после компенсации;

QC -требуемая емкостная мощность;

QL и QL'- индуктивная составляющая реактивной мощности до и после компенсации.

Таким образом, формулу можно записать в следующем виде:

Qc = P x k,

где k -коэффициент, получаемый из таблицы определения реактивной мощности установки, в соответствии со значениями коэффициентов мощности cos(ф1) и cos(ф2).

Т.к. значения известны, произвожу расчёт.

0.9 * 310000*(1.4-0.33) = 298,5 кВАр

После определения Qк выбираем необходимый конусный конденсатор в трехфазном исполнении.

Выбрал конденсатор УКЛ (П) Н-0, 38-300-50У3

УК- установка конденсаторная

П - правое расположение вводной ячейки

Н- параметр регулирования, соответственно напряжение и ток

УЗ - для внутренней установки.

1.4.4 Расчёт и выбор электрооборудования (распределительных пунктов (шинопроводов), проводов (кабелей), пусковой и защитной аппаратуры)

Расчет и выбор электрооборудования осуществлён в пункте 2.2

1.4.5 Выбор числа, мощности и марки трансформаторов

Нагрузочная способность трансформаторов при конкретном проектировании на стадии проекта и рабочей документации выбирают тип, число и мощность трансформаторов на объекте. Выбрал: ТДН-16000/110/10 УХЛ1силовой масляный трехфазный двухобмоточный трансформатор общего назначения с регулированием напряжения под нагрузкой, с системой охлаждения вида «Д» -принудительной циркуляцией воздуха и естественной циркуляцией масла. Предназначен для работы в умеренном климате в условиях наружной установки. Климатическое исполнение У, категория размещения 1 по ГОСТ 15150.

Номинальная частота для данного оборудования 50 Гц. Силовые масляные трансформаторы ТДН-16000/110/10 УХЛ1оборудуются различным оборудованием, таким как газовое реле, защитное реле, маслоуказатель поплавкового типа и предохранительный клапан.

И поэтому я выбираю силовой трансформатор маркой ТДН-16000/110/10 УХЛ1т.к. он герметичен и подходит для наружной установки в умеренном климате.

Таблица 1

Тип, ном.мощность трансформатора, климатическое исполнение	Номинальное напряжение трансфор- матора кВ	Схема и группа соединения обмоток	Потери х.х., кВт	Потери к.з., кВт	Напря- жение к.з., %	Габаритные размеры трансформатора мм	Масса транс-формато-ра, кг
	BH	HH					L	B	H
ТДН-16000/110 УХЛ1	115	11	Хн/Д-11	13000	85000	10,5	5845	3570	5470	42500
ТДН-16000/110 УХЛ1	115	11	Хн/Д-11	13000	85000	10,5	5845	3570	5470	42500

И поэтому я выбираю силовой трансформатор маркиТДН-16000/110 У1, т.к. он герметичен и подходит для наружной установки в умеренном климате.

2.1 Расчет токов короткого замыкания

модернизация подстанция электроснабжение

Расчет токов КЗ производим методом относительных сопротивлений, приведенных к базисной мощности S_б = 1000 МВА, U_б1 = 115,5 кВ, U_б2 = 10,5 кВ, U_б3 = 0,4кВ.

В качестве расчетных точек принято:

Точка К1 шина U = 115,5 кВ

Точка К2 U = 10,5 кВ

Точка К3 на шинах трансформаторной подстанции U = 0,4 кВ

По данной мощности КЗ на шинах 0.4 кВ определяем сопротивление системы и принимаем, что за этим сопротивлением находятся источники бесконечной мощности.

Рис. 1

Расчетный режим.

ТДН-16000 110/10/0,4 УХЛ1, S=16000 кВА

S_кз = 550МВА-максимальная мощность КЗ

S_кз = 250МВА-минимальная мощность КЗ

Воздушная линия Х₀ = 0,4 Ом/км

Кабельная линия Х₀ = 0,08 Ом/км

Определяем базисный ток по формуле:

Iб = Sб/v3*Uб

Iб = 16000/1,75*10,5 = 869.6 А = 0.86 кА

Составляем схему замещения и нумеруем ее элементы в порядке их расположения от системы бесконечной мощности в направлении к точкам КЗ.

Рис. 2

Трансформаторы Т1 и Т2.

r_1* = r_2* = (ДP_к/S_{ном, т})*(S_б/ S_{ном, т}),

где:

ДP_к- потери активной мощности короткого замыкания трансформатора (паспортные данные), кВт;

S_б- базисная мощность;

S_{ном, т}- номинальная мощность трансформатора.

r_1* = r_2* = (ДP_к/S_{ном, т})*(S_б/ S_{ном, т}) = (80*1000/16000)*(1000/16000) = 5*0,0625 = 0,03125 Ом/км

x_1* = x_2* = v(u_к/100) ² - (r_1*) ² * (S_б/ S_{ном, т}) = v(10,5/100) ²- (0,0003125) ² * (1000/16000) = v0,011025 - 0,000000097 * 0,0625 = v0,011025 -0,0000000061= 0,0110249939 = 0,105 Ом/км

Воздушная линия (далее ВЛ):

X_3* = x_уД * l * S_б/U_б ² = 0,4*0,02*1000/10,5²=0,073 Ом/км

R_3* = r_уД * l *S_б/ U_б ² = 0.62*0,02*1000/10,5² = 0,0113 Ом/км

Кабельная линия (далее КЛ):

X_4*= x_уД * l * S_б/U_б ² = 0,08 * 0,05*1000/10,5²=0,036 Ом/км

R_4* = r_уД * l *S_б/ U_б ²= 1,24*0,05*1000/10,5²=0,564 Ом/км

X_5*=0,083*0,5*1000/10,5²=0,0415 *9,1=0,38 Ом/км

R_5* = 0,62*0,5*1000/10,5²= 0,28 Ом/км

X_6*= 0.102*0.04*1000/10.5² = 0.37 Ом/км

R_6* = 0,19*0,04*1000/10,5²= 0,071 Ом/км

Определяем суммарное сопротивление до точки К1:

X_z1* = x_1* + x_2* + X_3* + X_{4 *}= 0,105 +0,105 +0,073+0,564=0,85 Ом/км

R_z1* = r_1* + r_2* + R_3* + R_4* = 0,03125 + 0,03125 + 0,0113 + 0,564 = 0.12 Ом/км

Определяем суммарное сопротивление до точки К2:

X_z2* = x_1* + x_2* + X_5* + X_6*= 0,105 + 0,105 + 0,38 + 0.37 = 0,96 Ом/км

R_z2* = r_1* + r_2* + R_5* + R_6* = 0,03125 + 0,03125 + 0,28 + 0,071 = 0,4135Ом/км

Определяем ток короткого замыкания в каждой намеченной точке:

I_к1 = I_б/Z_z*1 = 0.86/v0.85²+0.12 ² =1 кА

I_к2 = I_б/Z_z*2 = 0,86/v0,96 ²+0,4135 ²= 0,76 кА

Определяем ударный ток в точках К1 и К2. Находим ударный коэффициент по кривой, представленной на рисунке 6.2. стр. 143 (А.А. Фёдоров, Л.Е. Старков «Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования»).

В зависимости от отношения X_z/R_z.

Для точки К1: Т_а1 = X_z1*/R_z1.* = 0,85/0,12 = 0,7; К_уд1 = 1,5

Для точки К2: Т_а2= X_z2*/R_z2 = 0,96/0,4135 = 0,23; К_уд2 = 1,05

Определяем ударный ток в намеченных точках на схеме замещения (рис. 2).

I_уд1 = К_уд1 * v2 * I_к1 = 1,5 * 1,41 * 1 = 2,115 кА

I_уд2 = К_уд2* v2 * I_к2 =1,05 * 1,41 * 0,76 = 1,125 кА

2.2 Расчет и выбор электрооборудования (шины, изоляторы, разъединители, предохранители, автоматические выключатели, измерительные трансформаторы)

Разъединители.

Разъединители внутренней установки РВ, РВО, РВЗ, РВФЗ, РЛВОМ совместно с приводом ПР-10 предназначены для включения и отключения под напряжением участков электрической цепи напряжения до 10кВ при отсутствии нагрузочного тока, или для изменения схемы соединения, а также заземления отключенных участков при помощи стационарных заземлителей при их наличии. Климатическое исполнение У и УХЛ для эксплуатации в условиях, нормированных для категории размещения 3 и 2 соответственно, по ГОСТ 15150-69.

Разъединители РВЗ на номинальное напряжение 10 кВ токи 400, 630 и 1000 А предназначены для включения и отключения обесточенных участков электрической цепи, находящихся под напряжением, а также заземления отключенных участков при помощи заземлителей.

Секционными разъединителями называются устройства, служащие для электрического присоединения друг к другу проводов смежных секций контактной сети.
Разъединители, служащие для подключения питающих фидеров к проводам контактной подвески, называются фидерными. Эти разъединители имеют ту же конструкцию, как и секционные разъединители.
Как уже указывалось, для присоединения деповских и погрузочных путей применяются секционные разъединители с заземляющим контактом, посредством которого при отключении разъединителя одновременно производится заземление отключённого участка сети.

Разъединители подобно другим аппаратам высокого напряжения характеризуются следующими параметрами:

Номинальным напряжением U_ном

U_уст?U_ном 10кВ?10кВ

I_ном?I_раб 1300А?1000 А

Для цепи трансформатораТДН-16000/110/10 УХЛ1 выбираю разъединитель РВЗ-10 1000 II УХЛ2 - разъединитель трехполюсный внутренней установки на напряжение 10 кВ и номинальный ток 1000 А, с заземляющими ножами со стороны шарнирных контактов, климатического исполнения УХЛ2.т.к. U_устр=U_ном,т.е.

10кВ=10кВ и I_ном?I_раб, т.е. 1300?1000А.

Выбор автоматических выключателей.

Любой выключатель, применяемый в высоковольтных сетях, должен надёжно и быстро отключать и включать электрические цепи и оборудование в нормальном и аварийном режимах энергосистемы. При коммутации в высоковольтных сетях, токи в которых могут достигать десятки тысяч ампер при коротких замыканиях, возникает электрическая дуга между контактами выключателя. Это может привести к человеческим жертвам, повреждениям самого выключателя и близстоящего оборудования. Для предотвращения возникновения дуги в высоковольтных выключателях используют специальное дугогасительное устройство (дугогасительная камера), в которой расположены контакты выключателя. Внутри камеры создается вакуум с давлением около 10?5 мм рт. ст., электрическая прочность которого в десятки раз больше воздуха в нормальных условиях. Таким образом, вакуумный высоковольтный выключатель --это коммутационный аппарат, предназначенный для операций включения и выключения в цепях от 6 кВ и выше, который в качестве среды для гашения дуги используют вакуум. Выключатель рассчитан на: нормальный режим работы; аварийный, то есть должен выдерживать кратковременные токи короткого замыкания.

Вакуумные выключатели конструктивно разрабатывались сначала как устройство, применяемое только в шкафах КРУ (комплектное распределительное устройство). В настоящее время они используются и для открытых распределительных устройств (ОРУ). Современный высоковольтный вакуумный выключатель представляет собой быстродействующий коммутационный аппарат нового поколения, рассчитанный на более долгий срок службы, нежели его предшественники с масляной или элегазовой средой для тушения электрической дуги.

Вакуумные выключатели типа ВБУЭ(П)3-10 предназначены для коммутации высоковольтных электрических цепей трехфазного переменного тока с изолированной или частично заземлённой нейтралью частоты 50 Гц напряжения 10 кВ в номинальном режиме работы установки и для автоматического отключения этих цепей при коротких замыканиях и перегрузках, возникающих при аварийных режимах. Применяются в сетях с частыми коммутациями для работы в КСО и комплектных распределительных устройствах (КРУ) типа К-бЗ и др. внутренней установки, а также для реконструкции КРУ, требующих замены выключателя (ретрофит).

Высоковольтные выключатели выбираются по условиям:

U_{ном. уст.}?U_{ном.выкл.}10 кВ?10 кВ

I_{ном. выкл.}?I_{макс. расч.}1600 А?1000 А

I_{ном. откл.} ?I_nK225 кА ? 0,76 кА

Для линии 10 кВ по данным условиям выбираю выключатель ВБУЭЗ-10-20/1600 У2 - Выключатель вакуумный унифицированный с электромагнитным приводом, третий вариант конструктивного исполнения на номинальное напряжение 10 кВ, на номинальный ток отключения 20 кА и с номинальным током 1600 А. Климатическое исполнение У, вторая категория размещения по ГОСТ 15150.

Выбор трансформаторов тока

Трансформаторы тока выбираю по следующим условиям:

U_ном?U_раб 10 кВ ?10 кВ

I_ном?I_{прод. расч.} 1300 А ?1200 А

На основании данных условий выбираю трансформатор тока:

ТОЛ-СЭЩ-10-01-0,2S/0,5/10P-5/10/15-1200/5 У2, К3=15 ТУ 3414-178-15356352-2012 - конструкторское исполнение 01 с номинальным первичным током 1200 А, номинальным вторичным током 5 А с тремя вторичными обмотками (первая для коммерческого учета электроэнергии с классом точности 0,2S, нагрузкой 5 В·А и коэффициентом безопасности КБНОМ, равным 10, вторая --для подключения цепей измерения с классом точности 0,5, нагрузкой 20 В·Аи коэффициентом безопасности КБНОМ, равным 10, третья --для подключения цепей защиты с классом точности 10Р, нагрузкой 40 В·А, коэффициентом предельной кратности КНОМ, равным 15); климатического исполнения «У» категории размещения 2 по ГОСТ 15150-69.

Выбор шин

Сечение шин выбираем по нагреву при протекании максимального длительного рабочего тока нагрузки, термической и электродинамической устойчивости при коротком замыкании в расчетной точке короткого замыкания.

Сборные шины по экономической плотности не выбираются.

Расчетная нагрузка - 1300А, берем ближайшее большее 1350А.

Таблица 2.

Раз- меры, мм	Медные шины	Алюминиевые шины
	Ток*, А, при количестве полос на полюс или фазу
	1	2	3	4	1	2	3	4
15х3	210	-	-	-	165	-	-	-
20х3	275	-	-	-	215	-	-	-
25х3	340	-	-	-	265	-	-	-
30х4	475	-	-	-	365/370	-	-	-
40х4	625	-/1090	-	-	480	-/855	-	-
40х5	700/705	-/1250	-	-	540/545	-/965	-	-
50х5	860/870	-/1525	-/1895	-	665/670	-/1180	-/1470	-
50х6	955/960	-/1700	-/2145	-	740/745	-/1315	-/1655	-
60х6	1125/1145	1740/1990	2240/2495	-	870/880	1350/1555	1720/1940	-
80х6	1480/1510	2110/2630	2720/3220	-	1150/1170	1630/2055	2100/2460	-
100х6	1810/1875	2470/3245	3170/3940	-	1425/1455	1935/2515	2500/3040	-
60х8	1320/1345	2160/2485	2790/3020	-	1025/1040	1680/1840	2180/2330	-
80х8	1690/1755	2620/3095	3370/3850	-	1320/1355	2040/2400	2620/2975	-
100х8	2080/2180	3060/3810	3930/4690	-	1625/1690	2390/2945	3050/3620	-
120х8	2400/2600	3400/4400	4340/5600	-	1900/2040	2650/3350	3380/4250	-
60х10	1475/1525	2560/2725	3300/3530	-	1155/1180	2010/2110	2650/2720	-
80х10	1900/1990	3100/3510	3990/4450	-	1480/1540	2410/2735	3100/3440	-

Выбираем однополюсную алюминиевую шину прямоугольного сечения для низкого напряжения S = 60Х6 (1350А) при U_ном =10кВ и I_ном = 1300А из таблицы 2.

В соответствии с ПУЭ 1.1.29. Выбор нулевой шины делается аналогично.

Выбор высоковольтных предохранителей

Высоковольтные предохранители предназначены для защиты силовых цепей и электрооборудования в аварийных режимах от токов короткого замыкания и перегрузки.

Их выбирают по следующим условиям:

· по конструкции и роду установки.

Здесь необходимо учитывать их расположение (внутреннее или наружное) и назначение (для защиты трансформаторов или других аппаратов), род дугогасительной среды (кварцевые, выхлопные и т.д.);

· по номинальному напряжению предохранителя

U_ном ?U_раб,

где U_н -номинальное напряжение предохранителя, кВ; U_р -рабочее напряжение установки, кВ;

· по номинальному току предохранителя

I_ном ?I_нв,

где I_нв -номинальный ток плавкой вставки, А (предохранители, предназначенные для защиты трансформаторов напряжения, по номинальному току плавкой вставки не выбираются); I_н -номинальный ток предохранителя, которым является наибольший из всех номинальных токов плавких вставок, применяемые технически для выбираемого предохранителя, А;

U_ном ?U_раб 10 кВ ? 10 кВ

I_ном ?I_нв 400 А ? 220 А ( I_нв )

Выбираю предохранители ПКТ-104-10-400-20-У1 - предохранитель с мелкозернистым кварцевым накопителем для защиты силовых трансформаторов и линий, в трёхполюсном исполнении,U_ном = 10 кВ,I_ном = 400 А, I_но = 20 кА, категория размещения - У1.

2.3 Расчет и выбор релейной защиты

Описание и работа релейной защиты «Сириус-т»

Назначение изделия

Устройство микропроцессорной защиты «Сириус-Т» (в дальнейшем -устройство), предназначено для выполнения функций основной защиты двухобмоточного (в том числе с расщепленной обмоткой) трансформатора с высшим напряжением 35-220 кВ. Также возможно использование в качестве дифференциальной защиты реактора или мощного синхронного двигателя. Содержит подменную МТЗ ВН и МТЗ НН с внешним комбинированным пуском напряжения. Устройство предназначено для установки на панелях и в шкафах в релейных залах и пультах управления электростанций и подстанций 35-220кВ. Устройство является комбинированным микропроцессорным терминалом релейной защиты и автоматики. Применение в устройстве модульной микропроцессорной архитектуры наряду с современными технологиями поверхностного монтажа обеспечивают высокую надежность, большую вычислительную мощность и быстродействие, а также высокую точность измерения электрических величин и временных интервалов, что дает возможность снизить ступени селективности и повысить чувствительность терминала. Реализованные в устройстве алгоритмы функций защиты и автоматики, а также схемы подключения устройства разработаны по требованиям к отечественным системам РЗА в сотрудничестве с представителями энергосистем и проектных институтов, что обеспечивает совместимость с аппаратурой, выполненной на различной элементной базе, а также облегчает внедрение новой техники проектировщикам и эксплуатационному персоналу.

Климатическое исполнение УХЛ3.1 по ГОСТ 15150 и ГОСТ 15543.1 с расширенным диапазоном температуры окружающего воздуха при эксплуатации.

Верхнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации: -рабочее +50 C; -предельное рабочее +55 C. Нижнее значение температуры окружающего воздуха при эксплуатации: -рабочее минус 20 C; -предельное рабочее минус 40 C (при снижении температуры ниже минус 20 С основные функции защиты сохраняются, но информация, отображаемая на жидкокристаллическом индикаторе, становится нечитаемой). Рабочее значение повышенной относительной влажности воздуха 98% при 25 C.

Номинальные рабочие значения механических внешних воздействующих факторов - по ГОСТ17516.1 для группы механического исполнения М7: - синусоидальная вибрация в диапазоне частот от 0,5 до 100Гцсамплитудой ускорения не более 1g, степень жесткости 10а по ГОСТ 17516.1; -многократные удары спиковым ударным ускорением 30 м/с2 (3 g) и длительностью действия 2-20мс, степень жесткости 1 поГОСТ 17516.1.

Устройство предназначено для эксплуатации в следующих условиях: -высота над уровнем моря не более 2000 м (атмосферное давление-от 550 до 800мм. рт.ст.), при использовании на большей высоте надо использовать поправочный коэффициент, учитывающий снижение изоляции, согласно ГОСТ 15150; -окружающая среда-невзрывоопасная, не содержащая токопроводящей пыли, агрессивных паров и газов, разрушающих изоляцию и металлы; -место установки должно быть защищено от попадания брызг, воды, масел, эмульсий, а также от прямого воздействия солнечной радиации.

Устройство обеспечивает следующие эксплуатационные возможности: -выполнение функций защит, автоматики и управления, определенных ПУЭ и ПТЭ;

-задание внутренней конфигурации (ввод/вывод защит и автоматики, выбор защитных характеристик и т.д.); -ввод и хранение уставок защит и автоматики; -передачу параметров аварии, ввод и изменение уставок по линии связи; -непрерывный оперативный контроль работоспособности (самодиагностику) в течение всего времени работы; -блокировку всех выходов при неисправности устройства для исключения ложных срабатываний; -получение дискретных сигналов управления и блокировок, выдачу команд управления, аварийной и предупредительной сигнализации; -гальваническую развязку всех входов и выходов, включая питание, для обеспечения высокой помехозащищенности; -высокое сопротивление и прочность изоляции входов и выходов относительно корпуса и между собой для повышения устойчивости устройства к перенапряжениям, возникающим во вторичных цепях присоединения.

Функции защиты, выполняемые устройством:

Двухступенчатая дифференциальная токовая защита трансформатора (токовая отсечка и защита с торможением от сквозного тока и отстройкой от бросков тока намагничивания).

Цифровой выравнивание величины и фазы токов плечей дифференциальной защиты.

Автоматическая компенсация токов небаланса в дифференциальной цепи, вносимых работой РПН.

Контроль небаланса в плечах дифференциальной токовой защиты с действием на сигнализацию.

Входы отключения от газовой защиты трансформатора и РПН с возможностью перевода действия на сигнал с помощью оперативной кнопки управления на лицевой панели, либо с помощью дискретного входа.

Ненаправленная двухступенчатая МТЗ высшей стороны трансформатора с возможностью комбинированного пуска по напряжению от стороны низшего напряжения (по дискретному входу). Предусмотрен автоматический ввод ускорения при включении выключателя ВН. Имеется возможность блокировки МТЗ ВН по содержанию второй гармоники для отстройки от бросков тока намагничивания.

Внутренняя цифровая сборка токовых цепей ВН в треугольник и возможность использования полученных токов для реализации ступеней МТЗ ВН.

Одна ступень ненаправленной МТЗ низшей стороны трансформатора с возможностью комбинированного пуска по напряжению от стороны низшего напряжения (по дискретному входу). Действие на отдельное реле и на общие реле отключения с разными временами. Предусмотрен автоматический ввод ускорения при включении выключателя НН. Имеется возможность блокировки МТЗ НН по содержанию второй гармоники для отстройки от бросков тока намагничивания при подаче напряжения со стороны НН.

На основании данной информации выбираю релейную защиту типа «Сириус-Т».

2.4 Расчет и выбор кабельной сети напряжением выше 1000 В

Таблица 3.

	СПЭ	БПИ*
Номинальное переменное напряжение частоты 50Гц, кВ	10	10
Рабочая температура жил, (0С)	+90	+70
Допустимый нагрев жил при работе в аварийном режиме, (0С)	+130	+90*
Максимальная температура жил при коротком замыкании, (0С)	+250	+200*
Эксплуатация при температуре окружающей среды, (0С)		-50/+50
- для кабелей ПвВ, АПВв, ПвВнг-LS, АПвВнг-LS	-50/+50
- для кабелей ПвП, АПвП, ПвПу, АПвПу	-60/+50
Монтаж без предварительного подогрева при температуре не ниже, (0С)		0*
- для кабелей ПвВ, АПВв, ПвВнг-LS, АПвВнг-LS,	-15
- для кабелей ПвП, АПвП, ПвПу, АПвПу	-20
Радиус изгиба кабелей (наружных диаметров)	15 (7,5**)	15*
Срок службы кабелей, (год)	30	30

Кабели предназначены для передачи и распределения электроэнергии в стационарных установках на напряжение 10 кВ переменного тока частотой 50 Гц для сетей с изолированной и заземленной нейтралью категорий А, В и С по международному стандарту МЭК 60 183 1984.

Технические характеристики кабелей на напряжение 10 кВ с изоляцией из сшитого полиэтилена.

Выбираем кабель на высокой стороне, отходящей линии 2 и отходящей линии 1: АПвПуг-10 3х(4х300/35)- алюминиевая жила (без обозначения -медная жила) из таблицы 3.

Расшифровка выбранного кабеля:

А - алюминиевая

Пв - изоляция из сшитого полиэтилена

Пу - оболочка из полиэтилена увеличенной толщины

г - герметизация металлического экрана водо-блокирующими лентами.

Таблица 4

АПвПу	ПвПу
Число и сечение жилы/ экрана	Наружный диаметр кабеля, мм	Расчетная масса кабеля, кг/км	Число и сечение жилы/ экрана	Наружный диаметр кабеля, мм	Расчетная масса кабеля, кг/км
1х50/16	30,6	809,54	1х50/16	30,6	1118,94
1х50/25	30,7	895,85	1х50/25	30,7	1205,25
1х70/16	32,1	906,4	1х70/16	32,1	1339,6
1х70/25	32,2	992,71	1х70/25	32,2	1425,91
1х95/16	33,8	1019,85	1х95/16	33,8	1607,65
1х95/25	33,9	1106,15	1х95/25	33,9	1693,95
1х120/16	35,2	1127,33	1х120/16	35,2	1869,83
1х120/25	35,3	1212,68	1х120/25	35,3	1955,18
1х150/25	36,8	1322,96	1х150/25	36,8	2251,16
1х150/35	36,8	1435,91	1х150/35	36,8	2364,11
1х185/25	38,4	1476,9	1х185/25	38,4	2621,6
1х185/35	38,4	1575,41	1х185/35	38,4	2720,11
1х240/25	40,6	1688	1х240/25	40,6	3173
1х240/35	40,6	1786,51	1х240/35	40,6	3271,51

1х300/25	42,8	1910,59	1x300/25	42.8	3766.79
1x300/35	42.8	2009.1	1x300/35	42.8	3865.3

К трансформатору Т2(Б) и трансформатору Т1(А) приходят кабеля АПвВнг-LS-101х120/25 из таблицы 5, так как он используется для групповой прокладки в кабельных сооружениях и производственных помещениях при условии отсутствия опасности механических повреждений. Допускается прокладка в сухих грунтах.

Кабели марки АПвВнг-LS могут быть использованы для прокладки во взрывоопасных зонах классов В-Iб, В-Iг, В-II, В-IIа.

2.5 Выбор схемы управления автоматики

Устройство автоматизации (АПВ, АВР, АЧР и др.) осуществляют автоматическое управление схемой электроснабжения предприятия в нормальном и в аварийном режимах.

Благодаря устройствам автоматизации стало возможным применение подстанций с упрощёнными схемами коммутации.

АВР - автоматический ввод резерва предназначен для контроля и управления вводами, направленный на повышение надежности работы сети электроснабжения. Заключается в автоматическом подключении или переключении к системе дополнительных источников питания в случае сбоев электроснабжения из-за аварии.

Схемы АВР разделяют на:

АВР одностороннего действия. Одна рабочая секция питающей сети, и одна резервная. В случае потери питания рабочей секции АВР подключит резервную секцию.
АВР двухстороннего действия. Две рабочих секции, но в случаи сбоя электроснабжения на одном из вводов, происходит переключение секции на второй ввод. Также в случаи восстановления питания на аварийной секции происходит автоматическое обратное переключение.

Выбираю АВР двухстороннего действия в секционном переключателе 0,4кВ в блочной комплексной трансформаторной подстанции.

2.6 Ведомость покупных изделий

Таблица 5

№	Наименование	Обозначение документов на поставку	Количество, шт	Примечание
			На изделии	В комплекте	На регулировании	Всего
1	Силовой трансформатор ТДН-16000/110/10/0,4	ГОСТ Р51689-2000	2	-	-	2
2	Электроаппаратура на напряжение выше 1000 В. Выключатель высоковольтный Разъединитель Трансформатор тока	ГОСТ 50030 41-2002	2 2 2	-	-	6
3	Кабели напряжением выше 1000 В	ГОСТ16308-84	3	-	-	3
4	Кабели до 1000 В	ГОСТ 50359.2-2003	2			2
5	Релейная защита	ГОСТ 16442-80	1	-	-	1

3. Охрана труда, окружающей среды и противопожарная защита

3.1 Мероприятия по охране труда при эксплуатации электрооборудования

Электроустановки должны находиться в технически исправном состоянии, обеспечивающем безопасные условия труда.

Электроустановки должны быть укомплектованы испытанными, готовыми к использованию защитными средствами, а также средствами оказания первой медицинской помощи в соответствии с действующими правилами и нормами.

Требования к персоналу

Работники, принимаемые для выполнения работ в электроустановках, должны иметь профессиональную подготовку, соответствующую характеру работы. При отсутствии профессиональной подготовки такие работники должны быть обучены (до допуска к самостоятельной работе) в специализированных центрах подготовки персонала (учебных комбинатах, учебно-тренировочных центрах и т.п.).

Профессиональная подготовка персонала, повышение его квалификации, проверка знаний и инструктажи проводятся в соответствии с требованиями государственных и отраслевых нормативных правовых актов по организации охраны труда и безопасной работе персонала.

Проверка состояния здоровья работника проводится до приема его на работу, а также периодически, в порядке, предусмотренном Минздравом России. Совмещаемые профессии должны указываться администрацией организации в направлении на медицинский осмотр.

Электротехнический персонал до допуска к самостоятельной работе должен быть обучен приемам освобождения пострадавшего от действия электрического тока, оказания первой помощи при несчастных случаях.

Персонал, обслуживающий электроустановки, должен пройти проверку знаний настоящих Правил и других нормативно-технических документов (правил и инструкций по технической эксплуатации, пожарной безопасности, пользованию защитными средствами, устройства электроустановок) в пределах требований, предъявляемых к соответствующей должности или профессии, и иметь соответствующую группу по электробезопасности.

Работнику, прошедшему проверку знаний по охране труда при эксплуатации электроустановок, выдается удостоверение установленной, в которое вносятся результаты проверки знаний. Работники, обладающие правом проведения специальных работ (верхолазные работы, работы под напряжением на токоведущих частях, испытания оборудования повышенным напряжением), должны иметь об этом запись в удостоверении.

Работник, проходящий стажировку, дублирование, должен быть закреплен распоряжением за опытным работником. Допуск к самостоятельной работе должен быть также оформлен соответствующим распоряжением руководителя организации.

Оперативное обслуживание.

Оперативные переключения должен выполнять оперативный или оперативно-ремонтный персонал, допущенный распорядительным документом руководителя организации.

В электроустановках напряжением до 1000 В работники из числа оперативного персонала, обслуживающие электроустановки, должны иметь группу III.

В электроустановках не допускается приближение людей, механизмов и грузоподъемных машин к находящимся под напряжением неогражденным токоведущим частям.

При осмотре электроустановок напряжением выше 1000 В не допускается входить в помещения, камеры, не оборудованные ограждениями (требования к установке ограждений приведены в Правилах устройства электроустановок) или барьерами, пр...