Расчет подстанции 35/6 кВ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет

Расчет подстанции 35/6 кВ

1. Введение

Для экономичной передачи и распределения электроэнергии требуется ее преобразование (повышение или понижение напряжения).

Электроустановка, предназначенная для преобразования и распределения электроэнергии, состоящая из трансформаторов, распределительных устройств, устройств управления и других вспомогательных сооружений называется трансформаторной подстанцией.

Часть подстанции, предназначенная непосредственно для приема и распределения электроэнергии, содержащая коммутационные аппараты, сборные и соединительные шины, устройства защиты, автоматики и измерительные приборы, а также другую вспомогательную аппаратуру, называется распределительным устройством.

В сельских электрических сетях применяют одно- и двухтрансформаторные подстанции. Двухтрансформаторные подстанции обеспечивают более надежное электроснабжение потребителей.

2. Выбор главной схемы подстанции

Рисунок 2.1. Главная электрическая схема подстанции

Таблица 2.1. Перечень оборудования главной схемы подстанции

Обозначение	Наименование	Тип
W1...W2	Питающие линии
QS1...QS4	Разъединители	РДЗ-2-35/1000 УХЛ1
QR1... QR2	Отделители	ОД-35/630 У1
QN1... QN2	Короткозамыкатели	КРН - 35 У1
FV1...FV6	Ограничители перенапряжения	ОПН-П1-35/40,5/10/2УХЛ2
FV7...FV12	Ограничители перенапряжения	ОПН-П1-6/6,9/10/2УХЛ(1,2)
Т1...T2	Силовые трансформаторы	ТМН - 2500/35
FU1...FU6	Предохранители	ПКТ-101-6-10-40УЗ
FU7...FU12	Предохранители	ПКТ-101- 6 - 31,5 - 40У3
Q1...Q9	Выключатели вакуумные	ВВ/TEL-10-20/1000 У2
Т3...T4	Трансформаторы собст. нужд	ТМ - 100/6
ТА1...2	Трансформаторы тока	ТФЗМ-35А
ТА3...8	Трансформаторы тока	ТВЛМ-6
ТV1...2	Трансформаторы напряжения	НТМИ-6УЗ

Рисунок 2.2. Эквивалентная схема замещения сети

3. Описание работы схемы

Питание потребителей 1 категории осуществляется по двум линиям через два силовых трансформатора.

Со стороны высшего напряжения цепь коммутируется неавтоматически - используются ручные разъединители QS1 и QS2 (что экономит средства: дешевле, чем масляные выключатели), выключаемые без нагрузки. Разъединители соединены с устройством заземления и включаются через привод, установленный на расстоянии от разъединителя (для электробезопасности обслуживающего персонала).

Между питающими линиями на стороне высшего напряжения установлена неавтоматическая перемычка с двумя разъединителями QS3 и QS4 (в нормальном режиме один из разъединителей разомкнут).

Со стороны высшего и низшего напряжения установлены разрядники FV1...FV12, защищающие оборудование от атмосферных (со стороны высшего) и коммутационных (со стороны низшего напряжения) перенапряжений, в результате которых происходит пробой искрового промежутка в разряднике и разряд уходит в землю через устройство заземления. При внутренних повреждениях (межвитковых к.з.) силового трансформатора Т1 сработает релейная защита, подающая сигнал на короткозамыкатель QN1, который создает искусственное к.з. и линия отключается. После этого отключается отделитель QR1 (за 0,2 секунды). Затем срабатывает автоматическое повторное включение линии (АПВ), при этом выключается масляный выключатель Q1 и включается автоматический ввод резерва (АВР) (масляный выключатель Q3).

Если возникает устойчивое к.з. на второй линии W2, то отключается Q2 и включается АВР. При этом все потребители питаются от трансформатора Т1, который работает с перегрузкой. Так как работа трансформатора с перегрузкой возможна лишь кратковременно, то вручную отключают разъединитель QS2 (без нагрузки!). Далее замыкают разъединители QS3 и QS4 на перемычке и от линии W1 запитывают трансформатор Т2. Затем включают масляный выключатель Q2 и отключают Q3 (АВР).

Трансформаторы собственных нужд Т3 и Т4 (типа ТМ160/6) необходимы для освещения подстанции и обогрева коммутирующей аппаратуры. Измерительные трансформаторы напряжения TV1..TV2 служат для питания параллельных катушек измерительных приборов.

Измерительные трансформаторы тока TА1..TА10 служат для питания последовательных катушек измерительных приборов и реле.

4. Определение количества и мощности силовых трансформаторов и трансформаторов собственных нужд

Для обеспечения надежности электроснабжения потребителей 1 категории на подстанциях устанавливают два силовых трансформатора (для случая аварийного отключения одного из них).

Мощность трансформаторов выбирается из условия:

1. при работе обоих трансформаторов и резервировании этими трансформаторами других подстанций

МВА,

где расчетная мощность на шинах низкого напряжения, МВА; требуемая резервируемая мощность для других подстанций, МВА; коэффициент перегрузки.

2. при выходе из строя одного из трансформаторов и резервировании рабочего трансформатора от других подстанций

МВА,

где требуемая резервируемая мощность от другой подстанции, МВА.

При наибольшей из полученных мощностей выбираю трансформаторы:

ТМН-2500/35 с паспортными данными:

; м.

А;

А.

На всех двухтрансформаторных подстанциях 35...110 кВ необходимо установить не менее двух трансформаторов для питания оборудования собственных нужд подстанций:

устройств обогрева выключателей и шкафов РУ с установленными в них электрическими аппаратами и приборами;

электрического освещения;

систем сигнализации и пожаротушения.

Номинальную мощность трансформаторов выбирают по расчетной мощности потребителей собственных нужд, составляющей около 5% от расчетной мощности подстанции:

кВА

Выбираю два трансформатора ТМ-100/6 с паспортными данными:

.

5. Расчет токов короткого замыкания

Произведу расчет токов короткого замыкания для:

проверки чувствительности защит,

выбора и проверки оборудования подстанции на термическую и электродинамическую стойкость.

Рисунок 5.1. Расчетная эквивалентная схема сети

Величины напряжения при работе РПН (регулирование под нагрузкой):

(; ; ;

).

кВ,

кВ,

кВкВ - условие выполнено.

Расчет сопротивления трансформатора:

Ом,

Ом,

Ом.

Расчет токов короткого замыкания в точке К1:

кА,

где кВ, Ом.

кА.

Ударный ток:

кА,

где - постоянная времени, с,

- ударный коэффициент.

Расчет токов короткого замыкания в точке К2:

кА,

где Ом.

кА.

Ток короткого замыкания, приведенный к высшему напряжению:

кА,

кА,

кА.

Ток короткого замыкания, приведенный к низшему напряжению:

кА,

(кВ);

кА,

(кВ);

кВ.

Ударный ток:

кА,

где с, Ом,

.

6. Выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих частей на стороне высшего напряжения

Коммутационные аппараты.

Выбор разъединителей, отделителей и короткозамыкателей проводится по условиям:

по напряжению: U_ном U_уст;

по току: I_ном?I_рmax;

по электродинамической стойкости: , где предельный сквозной ток;

по термической стойкости: , где предельный ток термической стойкости, время протекания тока , приведенное время действия тока короткого замыкания (3 сек.).

1) Разъединитель - коммутационный аппарат, предназначенный для отключения и включения линии без нагрузки (для обеспечения безопасного изоляционного промежутка между контактами), для создания видимого разрыва между частями, оставшимися под напряжением для проведения ремонтных работ. Выключается и включается с помощью ручного рычажного привода.

Выбираю разъединитель для наружной установки РДЗ-2-35 УХЛ1: Р - разъединитель, Д - двухколонковый, З - с заземляющими ножами, 2 - число разъединяющих ножей, У - для районов с умеренным климатом, ХЛ - для районов с холодным климатом.

Паспортные данные: U_ном =35кВ, I_ном=1000А, =63кА, =25кА, =3с.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.1.

2) Отделитель - отделяющий разъединитель для отключения поврежденного силового трансформатора при сохранении нормального питания исправного трансформатора. Выполняются однополюсными, соединяются на месте монтажа в трехполюсный аппарат. Отключаются автоматически, включаются ручным приводом.

Выбираю отделитель ОД-35/630У1: О - отделитель, Д - двухколонковый, У - для районов с умеренным климатом, 1 - для работы на открытом воздухе.

Паспортные данные: U_ном =35кВ, I_ном=630А, =80кА, =12,5кА, =3с.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.1.

3) Короткозамыкатель - короткозамыкающие разъединители для создания мощных искусственных к.з. на питающих линиях, которые затем отключаются выключателями. Выполняются двухполюсными. Включаются автоматически, выключаются ручным приводом.

Выбираю короткозамыкатель КРН-35У1: К - короткозамыкатель, Р - рубящего типа, Н - наружной установки, У - для районов с умеренным климатом, 1 - для работы на открытом воздухе.

Паспортные данные: U_ном =35кВ, =42кА, =12,5кА, =3с.

Результаты расчетов сведены в таблицу 6.1.

Таблица 6.1.

Условия выбора и проверки	Расчетное значение	Паспортные данные
		Разъединитель РДЗ-1-35/1000УХЛ	Отделитель ОД-35/630У1	Короткозамыкатель КРН-35У1
Uном Uуст	35 кВ	35 кВ	35 кВ	35 кВ
Iном?Iрmax	41,29 А	1000 А	630 А	без проверки
	6,524 А	63 кА	80 кА	42 кА
	=	=	=	=
Тип привода		ПВ-20У2	ПРО-1У1	ПРК-1У1

Измерительные аппараты.

Трансформаторы тока - служат для снижения токов до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами (с пределами измерений по току 5 А), обеспечивая безопасность измерений (защита от токов первичных цепей), удобство обслуживания и питание измерительных приборов.

Коэффициент трансформации тока:

,

выбираю К_тр=100/5=20.

Выбираю трансформатор тока ТФЗМ-35А 100/5: Т - трансформатор тока, A - с фарфоровой изоляцией, З - с обмотками звеньевого типа, М - маслонаполненные, А - категория внешней изоляции по длине пути утечки.

Паспортные данные: U_ном =35кВ, I_1ном=100А, I_2ном=5А,=31кА, =5,8кА, =3с, класс точности - 1.

Ток вторичной обмотки трансформатора тока, вызванный протеканием номинального рабочего тока в первичной обмотке:

А.

Проверка по напряжению: U_ном U_уст, 35 кВ 35 кВ.

Проверка по току: I_ном?I_рmax, 100А 41,29А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 31кА 6,524кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Условия выполнены.

Токоведущие части.

В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные проводами АС, которые крепятся на фарфоровых изоляторах. На шины присоединяются все токоведущие части оборудования подстанции.

Выбираю сечение провода по экономической плотности тока:

мм²,

где j =1,1А/мм² - экономическая плотность тока при числе часов использования максимума нагрузки в год Т=3000…5000ч;

А.

Выбираю сечение по термической стойкости:

мм² 95 мм².

Проверяю провод по условию короны:

мм, ,

или мм² - допустимое минимальное сечение в соответствии с ПУЭ табл.2.5.6 и соответствует мм.

Окончательно выбираю провод АС 95/15,9.

Защитные аппараты:

Ограничитель напряжения (нелинейные) - служат для защиты изоляции электрооборудования подстанции от атмосферных (молнии), наведенных (со стороны оборудования подстанции) и коммутационных перенапряжений.

Выбираю ограничитель перенапряжения ОПН-П1-35/40,5/10/2УХЛ2: О - ограничитель, П - перенапряжения, Н - нелинейный, П - полимерный, 1 - одноколонковый, 35 - для распред. сетей 35 кВ, 40,5 - наиболее длительно допустимое рабочее напряжение, 10 - номинальный разрядный ток.

7. Выбор и проверка электрических аппаратов и токоведущих частей на стороне низшего напряжения

электрический подстанция трансформатор ток

Коммутационные аппараты.

Выключатели вакуумные - высоковольтные выключатели, служат для включения и отключения электрических цепей под нагрузкой и при коротких замыканиях.

Выбираю выключатель ВВ/TEL-10-20/1000 У(1,2): В - выключатель, В - вакуумный, ТЕL - фирменная марка предприятия, 10 - номинальное напряжение сети, 20 - номинальный ток отключения кА, 1000 - номинальный ток А, У - для умеренного климата, 1,2 - для установки на открытом воздухе и в помещениях.

Паспортные данные: U_ном =10кВ, I_ном=1000А, I_отк.н=20кА,=32кА, =3с, =20кА.

Проверка по напряжению: U_ном U_уст, 10 кВ 6 кВ.

Проверка по току: I_ном?I_рmax, 1000А 229,38А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 32кА 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Условия выполнены.

Предохранители - служат для отключения электрической цепи при появлении токов короткого замыкания или опасных токов перегрузки, устанавливаются в РУ0,4 кВ.

Для защиты трансформаторов собственных нужд выбираю предохранители

ПКТ-101-6-10-31,5УЗ: П - предохранитель, К - короткозамкнутый, Т- токоограничивающий.

Проверка по напряжению: U_ном U_уст, 6 кВ 6 кВ.

Проверка по току: I_ном?I_рmax,

А,

10А 9,6А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 31,5кА 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Для защиты трансформаторов напряжения выбираю

Для защиты трансформаторов напряжения выбираю предохранители

ПКТ-101-6-31,5-40УЗ: П - предохранитель, К - короткозамкнутый, Т- токовый.

Проверка по напряжению: U_ном U_уст, 6 кВ 6 кВ.

Проверка по току: I_ном?I_рmax, А, 31,5А 28,9А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 31,5кА 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: ,

Для защиты трансформаторов напряжения выбираю

Измерительные аппараты.

Рис. 7.1. Схема подключения измерительных приборов через трансформатор тока

Трансформаторы тока - служат для снижения токов до значений, которые могут быть измерены стандартными измерительными приборами (с пределами измерений по току 5 А), обеспечивая безопасность измерений (защита от токов первичных цепей), удобство обслуживания и питание измерительных приборов.

,

выбираю К_тр=300/5=60.

Выбираю трансформатор тока ТВЛМ-6 300/5: Т - трансформатор тока, В - встроенный, Л с литой изоляцией, М - модернизированный.

Паспортные данные: U_ном =6кВ, I_1ном=300А, I_2ном=5А,=35,2кА,=15кВА, =20кА, =3с, класс точности - 1.

Ток вторичной обмотки трансформатора тока, вызванный протеканием номинального рабочего тока в первичной обмотке:

А.

Проверка по напряжению: U_ном U_уст, 6 кВ 6 кВ.

Проверка по току: I_ном?I_рmax, 300А 229,38А.

Проверка на электродинамическую стойкость: , 35,2кА 8,55кА.

Проверка на термическую стойкость: , .

Условия выполнены.

В качестве подключаемых измерительных приборов выбираем: амперметр, ваттметр, счетчики активной и реактивной мощности, устанавливаемые в РУ 6кВ.

Таблица 7.1.

Прибор	Тип	Нагрузка по фазам, ВА
Амперметр	Э-335	0,5	-	-
Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
Счетчики энергии	активной	САЗ-681	2,5	-	2,5
	реактивной	СРЗ-682	2,5	-	2,5
Итого:	6,0	-	5,5

Трансформаторы напряжения - служат для включения и питания катушек измерительных приборов, реле защиты и автоматики, приборов сигнализации. Выбираю трансформатор напряжения НТМИ-6УЗ: Н - трансформатор напряжения, Т - трехфазный, М - с естественным масляным охлаждением, И - измерительный.

Паспортные данные: U_ном=6кВ, U_ном2=100А, схема соединения -10, классы точности 0,5 (ВА), 1 (ВА), 3 (ВА).

Проверка по напряжению: U_ном U_уст, 6 кВ 6 кВ.

Проверка по вторичной нагрузке:

В качестве подключаемых измерительных приборов выбираем вольтметр, счетчик активной и реактивной энергии, установленные в РУ 6кВ:

Таблица 7.2.

Прибор	Тип	Кол	Рпотр,Вт	Qпотр,Вт	Р, Вт	Q, Вт
Вольтметр	Э-335	2	2	-	4	-
Счетчики энергии	активной	САЗ-681	5	4	9,7	20	48,5
	реактивной	СРЗ-682	5	6	14,5	30	72,5
Итого:	54	121

ВА.

Условия выполнены.

Защитные аппараты:

Ограничители перенапряжения - служат для защиты изоляции электрооборудования подстанции от атмосферных (молнии), наведенных (со стороны оборудования подстанции) и коммутационных перенапряжений.

Выбираю ограничитель перенапряжения ОПН-П1-6/6,9/10/2УХЛ(1,2): О - ограничитель, П - перенапряжения, Н - нелинейный, П - полимерный, 1 - одноколонковый, 6 - для сетей 6 кВ, 6,9 - наиболее длительно допустимое рабочее напряжение, 10 - номинальный разрядный ток.

Токоведущие части.

В закрытых РУ 6кВ ошиновка и сборные шины выполняются жесткими алюминиевыми шинами.

А.

Выбираем шину сечением F=75мм² (25х3) с I_доп=265А.

Проверка на термическую стойкость:

мм² 75 мм² - условие выполнено.

Проверка на электродинамическую стойкость:

Рассчитаю напряжение в шине из условия:

,

где =82 МПа - допустимое напряжение для алюминиевых шин.

,

где М - изгибающий момент, Нм; W - момент сопротивления, м³.

,

где f - удельная сила на изгиб шины,

l = 150см=1,5м - расстояние между опорными изоляторами.

,

где к_ф =1 - коэффициент формы, а =15см = 0,15м - расстояние между шинами.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Н/м.

Нм.

.

МПа.

- условие выполнено.

8. Расчет заземляющего устройства

В соответствии с ПУЭ для обеспечения нормальной работы оборудования подстанции и обеспечения безопасных условий для его эксплуатации необходимо выполнить заземляющее устройство ТП, выполненное в виде заземляющей сетки из соединенных продольных и поперечных стальных полос под РУ 6кВ.

Допустимое сопротивление заземляющего устройства на подстанции 35 кВ должно быть не более 4 Ом.

Рисунок 8.1. Эскиз заземляющей сетки для РУ 6кВ

Дано: Омм - сопротивление верхнего слоя грунта,

Омм - сопротивление нижнего слоя грунта,

м - глубина верхнего слоя грунта,

м - глубина прокладки горизонтального заземлителя,

м - длина верхнего электрода (уголок равнополочный 50х50х5мм),

горизонтальный заземлитель - стальная полоса 40х4мм,

м - длина территории подстанции,

м - ширина территории подстанции,

укладываю 6 продольных полос общей длиной 39 м,

укладываю 6 поперечных полос общей длиной 26 м.

Эквивалентное сопротивление грунта:

,

где кс.г - коэффициент сезонности для горизонтального заземлителя, кг = 4,5;

кс.в - коэффициент сезонности для вертикального заземлителя, кв =1,8.

.

Сопротивление одной продольной полосы:

Ом,

где - коэффициент сезонности.

Общее сопротивление всех продольных полос:

Ом,

где - коэффициент использования, - количество продольных полос.

Сопротивление одной поперечной полосы:

Ом,

Общее сопротивление всех поперечных полос:

Ом.

Общее сопротивление сетки:

Ом.

Суммарное сопротивление естественных заземлителей и сетки:

Ом,

где Ом - сопротивление трос-опоры.

Вывод: , 1,95Ом4 Ом - условие выполнено.

9. Список используемой литературы

1. И.А. Будзко, Н.М. Зуль. Электроснабжение сельского хозяйства. М. Агропромиздат. 1990г.

2. М.А. Шабад. Расчеты релейной защиты и автоматики распределительных сетей. - Л.: Энергоатомиздат, 1985г. - 296 с.

3. Б.Н. Неклепаев, И.П. Крючков. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования. - М.: Энергоатомиздат, 1989г. - 608 с.

4. Правила устройства электроустановок. 7-е издание. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2007. - 625 с.

Размещено на Allbest.ru