Курсовая работа (т): Расчет параметров подстанции

Согласно правилам техники безопасности оборудование, выводимое в ремонт, должно быть отключено. Между выводами отключенного аппарата и цепью, оставшейся под напряжением, должен быть создан видимый воздушный промежуток, гарантирующий безопасные условия работы обслуживающего персонала.

При работе электрических установок возникают напряжения, которые могут значительно превышать номинальные значения (перенапряжения). Эти перенапряжения могут пробить электрическую изоляцию элементов оборудования и вывести установку из строя. Чтобы избежать пробоя электрической изоляции, она должна выдерживать эти перенапряжения, однако габаритные размеры оборудования получаются чрезмерно большими, так как перенапряжения могут быть во много раз больше номинального напряжения.

С целью облегчения изоляции, возникающие перенапряжения ограничиваем с помощью вентильных разрядников. Основным элементом разрядника является искровой промежуток. При появлении перенапряжения промежуток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования. Для удобства измерения тока в установках высокого напряжения и изоляции измерительных приборов и устройств релейной защиты от высокого напряжения устанавливаем трансформаторы тока.

Через первичную обмотку пропускается измеряемый ток, вторичная обмотка подключается к измерительным приборам и реле. Первичная обмотка изолирована от вторичной в соответствии с классом изоляции аппарата.

Все перечисленное электрооборудование предназначено для осуществления коммутации силовых цепей трансформаторной подстанции, защиты электрооборудования и измерения параметров электрической сети.

1.4 Требования к основному оборудованию подстанций

Распределительные устройства

По конструктивному выполнению РУ делят на открытые и закрытые. Они могут быть комплектными (сборка на предприятии-изготовителе) или сборными (сборка частично или полностью на месте применения).

Открытое распределительное устройство (ОРУ) - такое устройство, у которого все или основное оборудование расположено на открытом воздухе;

Закрытое распределительное устройство (ЗРУ) - устройство, оборудование которого расположено в здании. Комплектное распределительное устройство (КРУ) - распределительное устройство, состоящее из шкафов, закрытых полностью или частично, или блоков со встроенными в них аппаратами, устройствами защиты и автоматики, измерительными приборами и вспомогательными устройствами, поставляемое в собранном или полностью подготовленном для сборки виде и предназначенное для внутренней установки.

Комплектное распределительное устройство наружной установки (КРУН) - это КРУ, предназначенное для наружной установки.

Комплектная трансформаторная (преобразовательная) подстанция (КТП) - подстанция, состоящая из трансформаторов (преобразователей) и блоков КРУ или КРУН, поставляемых в собранном или полностью подготовленном для сборки виде.

Распределительный переключательный пункт (РП) - распределительное устройство, предназначенное для приема и распределения электроэнергии на одном напряжении без преобразования и трансформации.

Камера - помещение, предназначенное для установки аппаратов и шин: закрытая камера закрыта со всех сторон и имеет сплошные (не сетчатые) двери; огражденная камера имеет проемы, защищенные полностью или частично не сплошными ограждениями.

Каждая подстанция имеет три основных узла: РУ высшего напряжения, трансформатор и РУ низшего напряжения.

Силовые трансформаторы

С помощью трансформаторов осуществляют повышение напряжения до величин (110, 220, 330. 500 кВ), необходимых для линий электропередач энергосистем, а также многократное ступенчатое понижение напряжений до величин, применяемых непосредственно в приемниках электроэнергии (10; 6,3; 0,66; 0,38; 0,22; 0,127 кВ).

Для компенсации потерь напряжения, в электрических сетях повышающие трансформаторы имеют высшее напряжение на 10% выше номинального напряжения сети, а понижающие трансформаторы - низшее напряжение на 5 - 10% выше номинального напряжения сети. На повысительных и понизительных подстанциях применяют трехфазные трансформаторы или группы однофазных трансформаторов с двумя или тремя раздельными обмотками. В зависимости от числа обмоток трансформаторы делят на двух- и трех обмоточные. Каждый трансформатор характеризуется номинальными данными: мощностью, токами первичной и вторичной обмоток, потерями холостого хода, потерями короткого замыкания, напряжением короткого замыкания, током холостого хода, а также группой соединения.

Номинальные токи обмоток трансформатора указывают в каталогах. Под номинальной следует понимать нагрузку, равную номинальному току (номинальной мощности), которую трансформатор может нести непрерывно в течение всего срока службы при номинальных температурных условиях. Эти условия соответствуют максимальной температуре (+40⁰С) и среднегодовой (+5⁰С) при установке трансформатора на открытом воздухе.

В зависимости от мощности в трансформаторах применяют различные виды охлаждения: естественное масляное (М); масляное с воздушным дутьем (Д); то же, с принудительной циркуляцией масла (ДЦ); масляно-водяное с естественной циркуляцией масла (MB), то же, с принудительной циркуляцией масла (Ц); с естественным воздушным охлаждением в трансформаторах с сухой изоляцией (С), с негорючим диэлектриком (Н).

Аппараты для отключения и включения

В электроустановках напряжением до 1000 В применяют аппараты для отключения, выключения, переключения электрических цепей и защиты их от сверхтоков при перегрузках и коротких замыканиях в электрических цепях. Самыми простыми аппаратами для отключения и включения электрических цепей являются рубильники и неавтоматические выключатели, а для переключения - переключатели. При этом для защиты электрических цепей от сверхтоков применяют плавкие предохранители. Более совершенные аппараты - автоматические воздушные выключатели, магнитные контакторы и пускатели.

Выключатели. При передаче и распределении электрической энергии напряжением выше 1000В включение, отключение и переключение электрических цепей производятся под нагрузкой при помощи выключателей. Выключатель должен включать и отключать токи как в нормальном, гак и в аварийных режимах работы электроустановки, которые сопровождаются обычно большим увеличением токов. Поскольку при разрыве электрической цепи тока возникает электрическая дуга в выключателях предусмотрены средства ее гашения. Выключатели выпускают для наружной и внутренней установки на различные номинальные напряжения и токи. Наиболее широко применяют масляные выключатели, в которых дуга гасится с помощью минерального масла, воздушные выключатели, где дуга гасится струей сжатого воздуха, элегазовые выключатели, в которых дуга гасится с помощью шестифористой серы и вакуумные выключатели, в котором вакуум служит средой для гашения дуги.

2. Расчётная часть

.1 Расчет и выбор силовых трансформаторов

Определяем активную мощность всех потребителей по формуле 1:

S_p=; (1)

 кВА.

Определяем сумму мощностей по формуле 2:

 (2)

Находим значение реактивной расчётной мощности по формуле 3:

; (3)

Зная значение коэффициента активной мощности =0,85 определяем значение  = 0.6 по формуле 4:

кВар; (4)

По расчётной мощности и требуемой категории электроснабжения (2 категория) выбираем двухтрансформаторную подстанцию с суммарной мощностью трансформаторов 444 Вар.

Так как у нас вторая категория надёжности потребителей выбираем 2 трансформатора

Определяем значение полной мощности, отбираемой от каждого трансформатора в отдельности по формуле 5:

; (5)

где, S - расчётное значение полной мощности одного из трансформаторов;

n - число трансформаторов в группе.

Мощности трансформаторов в группе равны, следовательно:

S=кВ

По полученной мощности выбираем трансформатор ТСЗ-250/10 с номинальной мощностью 160 кВА.

Коэффициент загрузки трансформатора составляет:

К_загр=;

К_загр= =0,7%

Исходя из расчётных данных, выбираем 2 силовых трансформатора марки ТСЗ 250/10 - Трансформатор силовой, 3-х фазный, 2-х обмоточный; сухой в защитном кожухе; номинальная мощность составляет 250 кВт; ВН - 10 кВ, НН - 0,4 кВ; Uк = 5,2%; Iхх = 3,5%; соединение обмоток: первичная - звезда, вторичная - звезда с заземлённой нейтралью; Выбор именно 2-х трансформаторной электрической подстанции связан со второй 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 и выбор токоведущих частей с проверкой по потере напряжения, по формуле 6

; (6)

Определяем расчётный ток для первого потребителя по формуле 7:

I_р==51 A; (7)

Выбираем кабель ААВГ с алюминиевыми жилами и алюминиевой оболочкой и изоляцией или обмоткой из поливинилхлорида.

Остальные токоведущие части рассчитываем и выбираем аналогичным образом, данные сведены в таблицу 1:

Таблица 1. Расчет и выбор кабелей

Рассчитываем потери напряжения в токоведущих частях по формуле 8:

; (8)

Потери напряжения на токоведущих частях не должно превышать допустимого значения, которое составляет:н=±5%

Значение расчетного токаI_р, активного сопротивленияr_0, коэффициента активной мощности cos???? - беру из раздела [2.2 Расчет и выбор токоведущих частей].

Определяем потери напряжения в токоведущих частях для первого потребителя по формуле 9:

U==1,2%; (9)

Потери напряжения в данной токоведущей части не превышает допустимого значение, следовательно, токоведущая часть выбрана правильно.

2.3 Расчёт и выбор аппаратов защиты

Выбираем автоматический выключатель для каждого потребителя:

Расчетные токи берем из предыдущих расчетов [Раздел 2.2 расчет и выбор токоведущих частей]:

QF1: I_р1=53,6 А

Выбираю автоматический выключатель по условию:

I_н>I_р1

Выбираю автоматический выключатель марки ВА57-35 с номинальным током 40А

На электромагнитном расцепителе ток трогания установлен на 440А

Определяем пусковой ток по формуле 10:

I_п=1,1 × I_р1 × 7; (10)

где: I_р1 - расчетный ток;

I_п=1,1 × 53,6 × 7 =412,72 А

Определяем максимальный кратковременный ток по формуле 11:

I_кр=I_п × 1,25; (11)

I_кр=412,72 x 1,25 = 515,9 А

,9>51

Выключатели QF11-12 рассчитываются по сумме токов:р11,12=Iр1+Iр2+Iр3+Iр4+Iр5+Iр6+Iр7+Iр8+Iр9+Iр10=53,6+179+143+107+71,6+125,3+35,7+50+143+107=1015,2 A

Выбираем выключатель ВА57-39, с током теплового расцепителя 500 А и уставкой срабытывания электромагнитного расцепителя 10I_ном. и максимальным током отключения 15000А

Выключатели к другим потребителям рассчитаны аналогичным образом, данные сведены в Таблицу 2

Таблица 2. Расчет автоматических выключателей

2.4 Расчет токов короткого замыкания

Расчет токов короткого замыкания и выбор оборудования на стороне 0,4 кВ.

Для расчёта тока короткого замыкания на стороне 0,4 кВ составим расчётную схему:

Для расчёта тока короткого замыкания на стороне 0,4 кВ составим схему замещения:

Рассчитаем ток короткого замыкания для точек к1и к2 по формуле 12:

; (12)

где, U_Н - напряжение номинальное, В;

Z_к - общее сопротивление; Ом.

Рассчитываем сопротивление трансформатора для точек по формуле 13:

_; (13)

где, U_K - напряжение к.з%;

S_TP-номинальная мощность трансформатора, В*А;

Oм

Находим общее сопротивление для точки к1 по формуле 14:

; (14)

Находим общее сопротивление для точки к2 по формуле 15:

; (15)

где, r₂ - сопротивление шины, Ом;

r₄ - сопротивление кабеля, Ом;

Oм

Общее сопротивление в точке к2 для остальных потребителей рассчитываю аналогичным образом, данные сведены в таблицу 3.

Находим ток короткого замыкания для точки к1 по формуле 16:

 A; (16)

Находим токи короткого замыкания для точки к2 по формуле 17:

A; (17)

Токи короткого замыкания для остальных потребителей в точке к2 рассчитаны аналогичным образом, данные сведены в таблицу 3.

Таблица 3. Расчёты токов короткого замыкания

Расчет расчёт тока короткого замыкания на стороне 10 кВ

Для расчётов токов короткого замыкания на стороне 10кВ составим расчётную схему:

Для расчёта токов короткого замыкания на стороне 10 кВ составим схему замещения:

Для выбора кабеля находим рабочий ток по формуле 18:

; (18)

где - номинальная мощность подстанции;

-номинальное напряжение.

I_р=40,8 A

По расчетному току выбираем кабель АС-35/6,2 с сечением жилы 16 мм², со следующими параметрами:

R₀=1,84 Ом/км;

X₀=0,068 Ом/км.

Сопротивление трансформатора:

X_тр=0,007 Ом

Рассчитаем активное сопротивление вводного кабеля по формуле 19:

R_к=R_0×L; (19)

Где: R₀-удельное индктивное сопротивление кабеля, Ом/км;

L-протяженность кабельной линии ввода, км.

R_к=1,84×10=18,4 Ом

Рассчитываем индуктивное сопротивление вводного кабеля по формуле 20:

X_k=X₀×L; (20)

Где: Х₀-удельное индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км;

L-протяженность кабельной линии ввода, км.

Х_к=0,068×1,3=0,68 Oм

Рассчитываем полное сопротивление линии по формуле 21:

; (21)

Где R_k-активное сопротивление кабеля, Ом;

R_р-активное сопротивление контактов разъединителя, Ом (R_р=0,003Oм);

R_в-активное сопротивление контактов выключателя, Ом (R_р=0,005 Ом);

X_k-индуктивное сопротивление кабеля, Ом;

X_тр- индуктивное сопротивление кабеля, Ом.

Ом;

Определяем ток короткого замыкания по формуле 22:

; (22)

 A;

Определяем ударный ток по формуле 23:

; (23)

где -ударный коэффициент. (K_y=1,02).

Ударный коэффициент определяем из отношения реактивного сопротивления кабеля к активному, K_y= 1,02

470 A

Определяем тепловой импульс по формуле 24:

; (24)

где -время действия,

108241 кА^2×сек;

2.5 Выбор оборудования на стороне 10 кВ

Выбор оборудования на стороне 10 кВ представлен в таблице 4:

Таблица 4

Выбираем:

1.       Предохранители ПКТ103-6 (10)- - 20 (FU1-FU6);

.        Выключатель нагрузки: ВНА-10/630з с приводом ПР-10, ВНВР-10/630-20з с приводами ПРС-10, ВНМ-10/630-20з с приводом ПП-16М (Q1, Q2, Q5, Q6);

.        Трансформатор силовой (T1, T2);

2.6 Выбор оборудования на стороне 0,4 кВ

На основе предыдущих расчётов выбираем распределительные щиты:

ЩО-70-3-05 МД - 2 шт.

ЩО-70-3-20 МД с током 630А - 2 шт.

ЩО-70-3-АВР - 1 шт.

Выбираем автоматические выключатели, выбор и расчёт которых был произведён в теме [2.3 Расчёт и выбор аппаратов защиты].

3. Требования по ОТ и ТБ при эксплуатации РУ подстанций

Устройство электроустановок, зданий и сооружений, в которых они размещаются, организация их эксплуатации и ремонта должны отвечать требованиям системы стандартов безопасности труда (ССБТ) и правилам техники безопасности.

Средства защиты, приспособления и инструмент, применяемые при обслуживании электроустановок, должны подвергаться осмотру и испытаниям в соответствии с действующими НТД по охране труда.

Персонал электрохозяйства должен руководствоваться инструкциями по охране труда, устанавливающими требования безопасности при выполнении работ в электроустановках и на электрооборудовании в объеме, обязательном для работников данной должности (профессии). Инструкции разрабатываются в соответствии с Положением о разработке инструкции по охране труда».

Каждый работник электрохозяйства обязан знать и выполнять требования безопасности труда, относящиеся к обслуживаемому оборудованию и организации труда на рабочем месте.

На каждом предприятии работа по созданию безопасных условий труда должна соответствовать положению о системе управления охраной труда, устанавливающему единую систему организации и безопасного производства работ, функциональные обязанности лиц из электротехнического, технологического и другого персонала, их взаимоотношения и ответственность по должности. Руководитель предприятия и ответственные за электрохозяйство (главные энергетики, начальники отделов, служб электроснабжения) несут персональную ответственность за создание безопасных условий труда для работников электрохозяйств и организационно-техническую работу по предотвращению случаев поражения персонала электрическим током. Ответственные за электрохозяйство структурных подразделений предприятий (начальники электроцеха, подстанций, служб, лабораторий, мастера и т.д.) должны обеспечивать проведение организационных и технических мероприятий по созданию безопасных и здоровых условий труда, инструктаж с наглядным показом и обучение персонала безопасным методам работы, а также систематический контроль за соответствием оборудования требованиям ССБТ, соблюдением персоналом требований безопасности труда и применением им предохранительных приспособлений, спецодежды и других средств индивидуальной защиты в зависимости от характера выполняемой работы.

Персонал, находящийся в помещениях с действующим оборудованием (за исключением щитов управления, релейных и им подобных), в закрытых и открытых распределительных устройствах, колодцах, камерах, каналах и туннелях электростанций, электрических сетей, на строительной площадке и в ремонтной зоне, а также при обслуживании воздушных линий электропередачи должен надевать защитные каски.

При эксплуатации электроустановок должны приниматься меры для предупреждения или ограничения прямого и косвенного воздействия на окружающую среду выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов сточных вод в водные объекты, снижения звукового давления и сокращения потребления воды из природных источников.

Выброс загрязняющих веществ в атмосферу должен быть не выше предельно допустимых или временно согласованных выбросов, сброс загрязняющих веществ в водные объекты - норм предельно допустимых сбросов, шумовое воздействие - норм звуковой мощности, установленных для каждого объекта.

На предприятии, эксплуатирующем электрооборудование с большим объемом масла (трансформаторы, масляные реакторы, выключатели и т.д.), должны быть разработаны мероприятия по предотвращению аварийных и иных залповых выбросов его в окружающую среду.

Предприятия, на которых при эксплуатации электроустановок образуются токсичные отходы, должны обеспечивать их своевременную утилизацию, обезвреживание и захоронение.

Эксплуатация электроустановок без устройств, обеспечивающих соблюдение установленных санитарных норм и природоохранных требований, или с неисправными устройствами, не обеспечивающими соблюдение этих требований, запрещается.

При эксплуатации электроустановок, в целях охраны водных объектов и атмосферы от загрязнения, необходимо руководствоваться: «Основами водного законодательства», государственными и отраслевыми стандартами по охране водных объектов от загрязнения, «Инструкцией о порядке согласования и выдачи разрешений на специальное водопользование», «Правилами охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами», «Рекомендациями по приемке, пуску и наладке установок очистки производственных сточных вод», государственными и отраслевыми стандартами, регламентирующими загрязнение атмосферы, законом «Об охране атмосферного воздуха».

В процессе выполнения курсового проекта была разработана трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ с РУ на 10 кВ. Произведен расчёт и выбор мощности и количества трансформаторов ГПП. Расчитаны и выбраны токоведущие части, ставлена схема электроснабжения ГПП. Рассчитаны токи короткого замыкания на шинах ГПП, с помощью которых выбрано и проверено основное оборудование ГПП (выключатели, трансформаторы тока и напряжения, разъединители, проходные и опорные изоляторы, сборные шины). Так же выполняя курсовое проектирование пользовался справочной литературой, ГОСТами, едиными нормами и расценками, таблицами, приобретая навыки составления технико-экономических записок, подготавливаясь к дипломному проектированию.

В связи с широким развитием электрификации промышленности, электроустановки на любом промышленном предприятии являются важным звеном, от которого в большей мере зависит нормальная работа предприятия.

Эксплуатация электроустановок должна производиться при минимальных затратах материальных средств и рабочей силы, а выполнение рабочей программы должна достигаться путем совершенствования технологических процессов производства при наименьшем расходе электроэнергии.

Одним из наиболее действующих способов поддержания оборудования в должном техническом состоянии и продления срока службы является качественный и своевременный ремонт.

Литература

1. Б.Ю. Липкин «Электроснабжение промышленных предприятий и установок», Москва, «Высшая школа», 1990 г.

. Л.Д. Рожкова, В.С. Козулин «Электрооборудование станций и подстанций», Москва, «Энергия», 1969 г.

. Конспект лекций по предмету «Электрооборудование подстанций и промышленных предприятий».

. Конспект лекций по предмету «Электроснабжение».