150726 (Разработка закрытой двухтрансформаторной подстанции тупикового типа), страница 2

1.3.3 Разъединители и ножи заземления

Разъединитель – это контактный коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения электрической цепи при отсутствии тока.

Характеризуются номинальным током и номинальным напряжением, током электротермической и электродинамической стойкости, тепловым импульсом, сквозным током заземляющих ножей.

Разъединитель в цепи питания установлен до высоковольтного выключателя, и связан с ним блок-замком. Отключение разъединителей в цепи питания невозможно, до тех пор, пока не отключить нагрузочные токи (выключив высоковольтный вакуумный выключатель). В конструкции линейного разъединителя не предусмотрено специальных мер по гашению электрической дуги, которая, в свою очередь, может вывести этот аппарат из строя и привести к аварийным ситуациям на подстанции. Поэтому, блок-замок блокирует отключение разъединителя до тех пор, пока автоматика либо персонал не отключат выключатель. Тем самым, блок-замок защищает электроустановку в случае неправильных действий персонала.

При отключении разъединителя на вводах питания, автоматически включаются ножи заземления, которые заземляют установку на землю через ножи и заземлители. В нормальном режиме работы подстанции ножи разъединителя разомкнуты, а разъединитель, непосредственно, замкнут.

Процесс включения разъединителя производится в обратной последовательности: сначала включаем разъединитель, тем самым, отключаются ножи заземления; затем запускаем нагрузку (включив высоковольтный выключатель).

Такая схема выбора и эксплуатации линейного разъединителя является наиболее надёжной, и с экономических суждений, грамотной. Также это обеспечивает безопасную, для обслуживающего персонала, эксплуатацию электроустановки.

1.3.4 Высоковольтные выключатели

Высоковольтный выключатель – это контактный коммутационный аппарат, служащий для отключения токов нагрузки в сети высокого напряжения.

ВВ бывают:

• Воздушные автоматический;

• Масляные и маломасляные;

• Вакуумные;

• Выключатели нагрузки;

• Генераторные;

• Элегазовые;

• Баковые;

• Электромагнитные.

Характеризуются номинальным током и номинальным напряжением, током электротермической и электродинамической стойкости, тепловым импульсом, временем размыкания контактной группы.

На сегодняшний день предпочтение уделяется вакуумным выключателям, нежели, масляным либо выключателям нагрузки.

Появление на трансформаторных подстанциях масляных выключателей повысило пожароопасность распределительного устройства, а также потребовало огромных затрат на содержание маслохозяйства. Кроме того, следует отметить, что после трех-пяти отключений масляный выключатель, кроме замены масла, требует переборки контактной группы.

Эти вопросы снимаются при замене выключателей нагрузки, современными малогабаритными вакуумными выключателями, а не привычными масляными, так как вакуумные выключатели имеют следующие характеристики:

• механический ресурс и ресурс по коммутационной стойкости современных выключателей - 50000 циклов «ВО» при номинальном токе и 100 циклов «ВО» при токах короткого замыкания до 20 кА;

• низкие трудозатраты на эксплуатационное обслуживание и ненадобность замены изнашивающихся деталей контактной системы;

• меньшие габариты и масса, нежели выключатели нагрузки или масляные.

Это позволяет рассматривать замену части выключателей нагрузки на подстанциях, на вакуумные выключатели. Но увеличение в сети количества выключателей приводит: к увеличению материальных затрат на их содержание; и к значительному повышению времени действия защит на питающих центрах, а увеличивать его более 1,5 сек. недопустимо по термической стойкости кабелей. Заметим, что по термической стойкости токам КЗ, ячейки КРУ на ЦП не допускают превышение времени более 1 сек.

1.3.5 Трансформаторы тока

Трансформаторы тока в цепях переменного тока и высокого напряжения, служат для соединения измерительной аппаратуры с токоведущими частями. И используются тогда, когда включение измерительной аппаратуры непосредственно в первичные цепи электроустановок недопустимо по условиям безопасности. Его назначение: уменьшение первичного тока до значений, наиболее удобных для измерительных приборов и реле, а также для отделения цепей измерения и защиты от первичных цепей высокого напряжения.

К вторичной обмотке трансформатора тока подключается измерительные приборы; в данном случае – амперметр. Конструкция ТТ такова, что независимо от тока в первичной обмотке, во вторичной I=const (5А). В цепи вторичной обмотки обязательно должна стоять перемычка, так как разрыв цепи во вторичной обмотке не допустим по правилам ТБ. Первичной обмоткой является сама токоведущая часть электроустановки. Ток в первичной обмотке пропорционален току во вторичной обмотке. Трансформаторы тока работают в режиме близком к режиму короткого замыкания, и сопротивление его очень влияет на точность измерений. Трансформатор тока характеризуется номинальным коэффициентом трансформации, т.е. отношением тока в первичной обмотке, к току вторичной обмотки.

1.3.6 Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения используются в наружных и внутренних электроустановках напряжением от 0,4 до 1250 кВ. Они предназначены для включения катушек напряжений и аппаратов защиты, измерения и контроля напряжения, расширение пределов измерения приборов, а также для отделения цепей измерительных приборов и аппаратов защиты от сети высокого напряжения.

К вторичной обмотке трансформатора напряжения подключается параллельно вольтметр. Конструкция ТН. такова, что напряжение на вторичной обмотке U=const (100В). В редких случаях, напряжение на вторичной обмотке может быть U=(100/1,71)В.

Наличие в главной схеме трансформаторной подстанции измерительных трансформаторов обеспечивает высокую надёжность работы подстанции и является экономически выгодным, т.к. материальные затраты на их обслуживание является небольшими.

1.3.7 Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы – это электростатические устройства, предназначенные для трансформации напряжения при неизменной частоте сети, имеющих 2 силовых обмотки связывающихся между собой магнитной связью.

СТ устанавливаются, как правило, на электростанциях и распределительных подстанциях для обеспечения связей с энергосистемой и преобразование с целью электроснабжения потребителей.

В зависимости, от роли в энергосистеме, трансформаторы бывают:

• Повышающие;

• Понижающие.

Повышающие силовые трансформаторы применяются на электростанциях и повышающих электроподстанциях для передачи больших значений мощности на большие расстояния с небольшими потерями.

Понижающие силовые трансформаторы применяются на распределительных подстанциях для трансформации той мощности и энергии, которая была получена в результате выработки на ЭС и преобразована на повышающих подстанциях.

В основном, на станциях и подстанциях устанавливаются трехфазные трансформаторы. Они различаются по номинальному напряжения первичной обмотки (ВВ) и вторичной (НВ), в соотношении которых, находится коэффициент трансформации; числу фаз, мощности, исполнению.

По исполнению силовые тр-ры бывают – повышающие либо понижающие, с регулировкой коэффициента трансформации под нагрузкой или в её отсутствии; стержневые или броневые виды магнитопровода, расположению обмоток и т.д..

В большинстве случаев, трансформаторы изготавливаются 2-х обмоточные.

Но бывают СТ и 3-х обмоточные. Их применяют тогда, когда на подстанции выдачи мощности надо производить на 2-х напряжениях.

Такие обмотки называются – обмотки верхнего, нижнего и среднего напряжения.

Параметры трансформатора:

• Полная мощность;

• Частота сети;

• Номинальное напряжение;

• Номинальный ток;

• Потери активной и реактивной мощности;

• КПД

• Напряжение короткого замыкания;

• Ток холостого хода;

• Потери на ХХ и КЗ.

Обмотки трансформатора различаются по классу нагревостойкости от А (105 гр.ц) до С (свыше 180 гр.ц).

По конструктивному исполнению и типу охлаждения СТ бывают – сухие либо масляные; с дутьём и принудительной циркуляцией масла, с масловодяным охлаждением и естественным.

Силовые трансформаторы являются определяющими элементами для определения вариантов главной схемы, исходя из экономических соображений.

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт и выбор силовых трансформаторов

Определим суммарную активную мощность всех потребителей:

P = P₁ + P₂ + P₃ + P₄ + P₅ + P₆ + P₇ + P₈ + P₉ + P₁₀ =

15 + 20 + 60 + 8 + 16 + 14 + 20 + 16 + 12 + 10 = 191 кВт.

Рассчитаем суммарную реактивную нагрузку:

cos = 0,8 --- 36 ;

tg 36^о= 0,72.

Q = P * tg = 191 * 0,72 = 136 кВар.

Суммарная полная мощность нагрузки равна:

S_p = sqrt( P² + Q² ) = sqrt( 191² + 136² ) = 235 кВт.

S_{одного трансформ.} = S_ном / 2 = 235 / 2 = 117,5 кВт;

Выбираем 2 * 250 кВ*А трансформатора;

S_нт = 250 кВ*А;

Определим коэффициент загрузки трансформатора:

К_загр = S_нт / 2 * S_p = 250 / 2 * 235 = 0,53;

Найдём аварийную перегрузку трансформатора:

S_pa = 1,5 * S_нт = 250 * 1,5 = 375 кВ*А;

S_pa > S_p;

375 > 235 кВ*А – удовлетворяет условие;

Исходя из расчётных данных, выбираем 2 силовых трансформатора марки

ТМ 250/10 – Трансформатор силовой, 3-х фазный, 2-х обмоточный; с масляным охлаждением; номинальная мощность составляет 250 кВт; ВН – 10 кВ, НН – 0,4 кВ; U_к = 4,5% ; I_хх = 2,3% ; соединение обмоток: первичная – звезда, вторичная – звезда с заземлённой нейтралью; потери: на холостой ход – 740 Вт, на короткое замыкание – 3700 Вт. Выбор именно 2-х трансформаторной электрической подстанции связан с первой категорией электроснабжения электроприёмников. Номинальная мощность трансформатора составляет 250 кВ*А и взята с запасом на случай расширения данной ТП, и увеличения числа и мощности нагрузки потребителей.

2.2 Расчёт потерь и выбор токоведущих частей по стороне 0,4 кВ

Выбор сечения и марки кабеля для первого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L₁ = 0,03 км; r₀ = 11,75 Ом/км - S = 2,5 мм² ;

P₁ = 15 кВт; x₀ = 0 - S = 2,5 мм² ;

сos = 0,8;

U_н = 0,4 кВ.

I₁ = P₁ / ( *cos ) = 15 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 27,4 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм² при прокладке земле. Ток плавления составит 141 А.

= = 27,4 * 0,03 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 3,5% ; U = 366 В;

Потери составляют 3,5% при допустимых 5% - Норма!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм² при прокладке в земле.

Выбор сечения и марки кабеля для второго потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L₂ = 0,4 км; r₀ = 7,85 Ом/км – S = 4 мм²

P₂ = 20 кВт; x₀ = 0 - S = 4 мм² ;

cos = 0,8; r₀₁ = 0,589 Ом * км – S = 50 мм² ;

U_н = 0,4 кВ. x₀₁ = 0,083 Ом * км - S = 50 мм² .

I₂ = P₂ / ( *cos ) = 20 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 36,6 А;

= 36,6 * 0,4 * (7,85 * 0,8) / 0,38 * 100% = 42,3%; U = 219,23 В;

Потери составляют 42,3% при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы *50 мм² при прокладке в земле. Потери напряжения составят 3,8% при допустимых 5%. Ток плавления составит 201 А.

Выбор сечения и марки кабеля для третьего потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L₃ = 0,6 км; r₀ = 1,17 Ом * км;

P₃ = 60 кВт; x₀ = 0,091 Ом * км;

cos = 0,8; r₀₁ = 0,159 Ом * км;