- меньший расход меди, стали, изоляционных материалов;

- меньшая масса, а, следовательно, меньшие габариты, что позволяет создавать автотрансформаторы больших номинальных мощностей, чем трансформаторы;

- меньшие потери и больший коэффициент полезного действия;

- более легкие условия охлаждения.

На подстанции установлены три автотрансформатора мощностью 125 МВА каждый. Проверим правильность их выбора. При этом будем считать, что работе находятся два автотрансформатора, а третий находится в резерве и используется для плавки гололеда. Для правильного выбора автотрансформаторов необходимо определить максимальную полную расчетную мощность. Эту мощность определим методом упорядоченных диаграмм. Данный метод является в настоящее время наиболее широко используемым при расчетах систем электроснабжения. Для определения максимальной полной расчетной мощности необходимо определить номинальную мощность приемников, которые получают электрическую энергию с шин 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ подстанции «Правобережная». При проведении расчета не будем учитывать потери энергии в линиях электропередачи. Номинальная мощность всех приемников электрической энергии равна:

, кВт.

Для определения максимальной полной расчетной мощности необходимо знать коэффициент максимума и коэффициент использования. Согласно [1], примем коэффициент использования равным 0,5. Коэффициент максимума определим из графика, представленного на рис. 1.5.

.

Тогда максимальная активная расчетная нагрузка равна:

, кВт.

Средняя активная и реактивная нагрузка за наиболее загруженную смену равна:

, кВт;

, кВАр.

Максимальная реактивная расчетная нагрузка равна:

, кВАр.

Теперь, зная максимальную расчетную активную и реактивную нагрузку, определяем максимальную полную расчетную нагрузку:

, кВА.

Средняя расчетная нагрузка за наиболее загруженную смену равна:

, кВА.

При выборе типа, числа и мощности автотрансформаторов будем рассматривать два варианта. В первом варианте предусмотрим установку двух автотрансформаторов, а во втором — трех. Эти два варианта будем рассматривать одновременно. Тогда номинальная мощность, согласно [1], автотрансформатора определяется по формуле:

,

где S_н.т.п. – номинальная паспортная мощность автотрансформатора, кВА;

_с.г. – среднегодовая температура, ⁰С.

Среднегодовая температура в городе Липецке равна 5⁰С. следовательно, номинальная мощность автотрансформатора равна номинальной паспортной мощности. Так как подстанция «Правобережная» снабжает электрической энергией потребителей I и II категории, а также учитывая необходимость 100%-ного резервирования, номинальная мощность одного автотрансформатора для двух вариантов равна:

, кВА;

, кВА,

где n – количество рассматриваемых автотрансформаторов.

Данная номинальная мощность соответствует сегодняшнему распределению нагрузок. В действительности подстанция рассчитана на преобразование и распределение большей мощности. Выбор типа, числа и мощности автотрансформаторов проведем по сегодняшним данным. По справочнику [2] выбираем для первого варианта два автотрансформатора типа АТДЦТН – 125000/220/110, а для второго варианта — три АТДЦТН – 63000/220/110. Мощность автотрансформаторов необходимо определять с учетом его перегрузочной способности. Систематическая перегрузка характеризуется коэффициентом заполнения графика:

.

Допустимая нагрузка автотрансформатора в часы максимума для двух вариантов соответственно равны:

, кВА;

, кВА.

Тогда коэффициент загрузки равен:

;

.

Определяем коэффициент допустимой перегрузки автотрансформатора зимой:

;

.

Так как перегрузка не должна превышать 15%, то для всех вариантов примем:

.

Суммарный коэффициент кратности допустимой перегрузки равен:

;

.

Допустимая перегрузка на автотрансформаторы с учетом допустимой систематической перегрузки в номинальном режиме равна:

, кВА;

, кВА.

Из приведенного расчета следует, что оба варианта удовлетворяют поставленным условиям. По этому техническому расчету выбираем вариант, предусматривающий установку двух автотрансформаторов типа АТДЦТН – 125000/220/110. Установка трех автотрансформаторов типа АТДЦТН – 63000/220/110 технически нецелесообразна, так требует дополнительных затрат на транспортировку и монтаж. Окончательный вывод по выбору автотрансформаторов следует сделать после проведения экономического расчета.

1.5. Определение токов короткого замыкания

Определение токов короткого замыкания производится для выбора и проверки электрического оборудования подстанции, а также для проектирования устройств релейной защиты и автоматики. В электрических установках могут возникать различные виды коротких замыканий, которые сопровождаются резким увеличением тока. Все электрооборудование, которое устанавливается на объекте электроснабжения, должно быть устойчивым к токам короткого замыкания и выбираться с учетом этих токов. Согласно [3], различают следующие виды коротких замыканий:

- трехфазное, или симметричное, когда три фазы соединяются между собой;

- двухфазное — две фазы соединяются между собой;

- однофазное — одна фаза соединяется с нейтралью источника через землю;

- двойное замыкание на землю — две фазы соединяются между собой и с землей.

Короткие замыкания в сети возникают по следующим основным причинам:

- повреждение изоляции отдельных частей электроустановок;

- неправильные действия обслуживающего персонала;

- перекрытия токоведущих частей установок.

Расчет токов короткого замыкания с учетом действительных характеристик и действительного режима работы всех элементов объекта электроснабжения весьма сложен. Для решения задач, представленных в данной работе, введем ряд допущений, которые значительно упростят расчеты и не внесут существенных погрешностей. К таким допущениям можно отнести:

- принимаем, что фазы ЭДС всех генераторов не изменяются в течение всего процесса короткого замыкания;

- не учитываем насыщение магнитных систем, что позволяет считать постоянными и не зависящими от тока индуктивные сопротивления всех элементов;

- пренебрегаем током намагничивания силовых трансформаторов;

- не учитываем емкостные проводимости элементов короткозамкнутой цепи на землю;

- считаем, что трехфазная система является симметричной;

- влияние нагрузки на ток короткого замыкания учитываем приближенно.

Указанные допущения приводят к незначительному преувеличению токов короткого замыкания (погрешность не превышает 10%, что допустимо). Выбранное по этим значением оборудование, будет иметь некоторый запас по току короткого замыкания. При расчете принимаем, что система обладает неограниченной мощностью. Это позволяет принять допущения, представленные выше. Расчетная схема объекта электроснабжения представлена на рис. 1.6. Подстанция «Правобережная» получает электрическую

Рис. 1.6. Расчетная схема объекта электроснабжения

энергию напряжением 220 кВ по линии «Правобережная» длиной 11,9 км. В расчете не будем учитывать отходящие линии напряжением 110 кВ, 35 кВ и 10 кВ. Расчет проведем в относительных единицах. Выбираем базисную мощность равную S_б = 100 МВА. Весь расчет будем вести относительно этой базисной мощности. При расчете необходимо учитывать, что линия напряжением 220 кВ является двухцепной. Согласно опытным данным погонное индуктивное сопротивление линии 220 кВ равно 0,4 Ом/км. Тогда относительное базисное сопротивление линии равно:

.

Для определения индуктивного сопротивления автотрансформаторов необходимо определить напряжения короткого замыкания для каждой обмотки. Для автотрансформатора №1 эти значения равны:

;

;

.

Аналогичным образом проводим расчет для остальных автотрансформаторов. Результаты расчета представлены в табл. 1.4.

Таблица 1.4

Результаты расчета для остальных автотрансформаторов

Теперь определим относительное сопротивление автотрансформаторов. Согласно [4] для трансформаторов и автотрансформаторов относительное базисное сопротивление равно:

;