Разработка понижающей распределительной трансформаторной подстанции

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Общая часть
• 1.1 Общие сведения об электроустановках
• 1.2 Требования к электрическим сетям
• 1.3 Выбор и краткое описание главной схемы подстанции
• 1.4 Краткие сведения об основном оборудовании подстанции
• 2. Расчётная часть
• 2.1 Расчёт и выбор силовых трансформаторов
• 2.2 Расчёт и выбор токоведущих частей
• 2.2.1 Расчёт и выбор токоведущих частей на стороне 10 кВ
• 2.2.2 Расчёт и выбор шинопровода 0,4 кВ
• 2.2.3 Расчёт и выбор кабельных линий на стороне 0,4 кВ
• 2.2.4 Проверка падения напряжения в токоведущих частях на сторонах 0,4 и 10 кВ
• 2.3 Расчёт и выбор аппаратов защиты
• 2.4 Выбор оборудования на стороне 0,4 кВ
• 2.5 Расчёт токов короткого замыкания и выбор оборудования на стороне 0,4 кВ
• 2.5.1 Расчёт токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ
• 2.5.2 Выбор распределительных устройств на низкой стороне
• 2.6 Расчёт КЗ высоковольтного ввода и выбор оборудования на стороне 10 кВ
• 3. Требования по ОТ и ТБ при эксплуатации РУ подстанций
• Заключение
• Литература
• Приложение

Введение

Темой курсового проекта является разработка понижающей распределительной трансформаторной подстанции.

Основной задачей проектируемой подстанции является прием электроэнергии напряжением 10 кВ и обеспечение потребителей необходимым напряжением 0,4 кВ.

Задачей данного курсового проекта является проектирование электрической и принципиальной части подстанции, удовлетворяющей как технологическим, так и экономическим критериям. Основное внимание уделяется выбору трансформаторов, главной схемы подстанции, выбору электрического оборудования и элементов схемы.

1. Общая часть

1.1 Общие сведения об электроустановках

Электрическая система - электрическая часть электроэнергетической системы, включающая всё электрическое оборудование (электрические генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, приёмники электрической энергии, а также аппаратуру релейной защиты, противоаварийной автоматики, системы регулирования и управления).

Электростанция - электрическая станция, совокупность установок, оборудования и аппаратуры, используемых непосредственно для производства электрической энергии, а также необходимые для этого сооружения и здания, расположенные на определённой территории.

Электрическая сеть - совокупность электроустановок, предназначенных для передачи и распределения электроэнергии от электростанции к потребителю.

Электроустановка - совокупность машин, аппаратов, линий и вспомогательного оборудования (вместе с сооружениями и помещениями, в которых они установлены), предназначенных для производства, преобразования, трансформации, передачи, распределения электрической энергии и преобразования её в другой вид энергии.

Потребитель электрической энергии - электроприёмник или группа электроприёмников, объединенных технологическим процессом и размещающихся на определенной территории.

1.2 Требования к электрическим сетям

Основными требованиями к электрическим сетям являются:

бесперебойность подачи электроэнергии;

безопасность эксплуатации;

экономичность;

Согласно пункту 1.2.17 Правил устройства электроустановок (ПУЭ) в отношении обеспечения надежности электроснабжения электроприёмники подразделяются на 3 следующие категории:

Электроприёмники I категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых может повлечь за собой: опасность для жизни людей, значительный ущерб народному хозяйству, повреждение дорогостоящего основного оборудования, массовый брак продукции, расстройство сложного технологического процесса, нарушение функционирования особо важных элементов коммунального хозяйства.

Из состава электроприёмников I категории выделяется особая группа электроприёмников, бесперебойная работа которых необходима для безаварийной остановки производства с целью предотвращения угрозы жизни людей, взрывов, пожаров и повреждения дорогостоящего основного оборудования;

Электроприёмники II категории - электроприёмники, перерыв электроснабжения которых приводит к массовому недоотпуску продукции, массовым простоям рабочих, механизмов и промышленного транспорта, нарушению нормальной деятельности значительного количества городских и сельских жителей;

Электроприёмники III категории - все остальные электроприёмники, не подходящие под определение I и II категории.

К проводам линии предъявляются следующие основные требования:

не должны нагреваться проходящим по ним током до температуры, опасной в пожарном отношении;

должны быть механически прочными и выдерживать нагрузки при порывах ветра и обледенении;

обеспечивать подачу электроэнергии надлежащего качества.

1.3 Выбор и краткое описание главной схемы подстанции

В настоящее время для питания электроприёмников применяют магистральную, радиальную и смешанную схемы.

Магистральная схема применяется для питания нагрузок, не нуждающихся в централизованном или сблокированном режиме работы и расположенных в одном направлении от пункта питания нагрузок, связанных одним технологическим режимом.

Магистральная сеть может быть модульной или выполненной шинопроводом и кабелем.

Радиальная схема применяется при сосредоточенных нагрузках и нагрузках, расположенных в разных направлениях.

Наибольшее распространение получила смешанная схема, применяющаяся в цехах с электроприёмниками различной мощности, расположенными в различных направлениях от силового пункта.

Главная схема электрической подстанции - совокупность сборных шин и другой первичной аппаратуры, со всеми выполненными между ними соединениями.

Выбор главной схемы является определяющим при проектировании электрической части подстанции, так как он определяет полный состав, перечень элементов и связей между собой.

Пример главной схемы подстанции приведён на рисунке 1.

Выбор трансформаторной подстанции закрытого типа связан с тем, что данная подстанция является понижающей; сторона высокого напряжения - 10 кВ, сторона низкого - 0,4 кВ. Подстанции для такого напряжения изготавливаются в закрытом исполнении в связи с тем, что они как правило, возводятся в крупных населённых пунктах и городах. Закрытое исполнение позволяет не оставлять токоведущие части без ограждения, тем самым, не подвергать опасности население, находящееся вблизи подстанции.

Выбраная схема подстанции приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Главная схема подстанции

1.4 Краткие сведения об основном оборудовании подстанции

Для обеспечения индустриального монтажа промышленностью выпускаются комплектные распределительные устройства.

Для комплектования распределительных устройств подстанций используются шкафы и камеры, укомплектованные соответствующим электрооборудованием.

Оборудование подстанций в основном представлено следующими элементами, главным и важным из них является трансформатор (в некоторых случаях автотрансформатор).

Трансформатор предназначен для преобразования (трансформирования) переменного тока одного напряжения в переменный ток другого напряжения более низкого или более высокого. Трансформаторы различаются также своими основными электрическими параметрами мощностью, классом напряжения обмотки высшего напряжения и низшего напряжения. Оборудование подстанции, содержит в себе больше множество аппаратов или компонентов, которые представлены в виде отдельных устройств и также как модули, которые выполняют свою специфическую задачу.

Силовые выключатели представляют собой основные коммутационные компоненты, которые включают и выключают силовые цепи в различных режимах своей работы, а именно холостого хода, токовой нагрузки, короткого замыкания, перегрузки и т.д. Наиболее тяжелой работой для них считается отключение при токе короткого замыкания, поскольку в результате тянется дуга, которую необходимо погасить.

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт и выбор силовых трансформаторов

Выбор мощности и числа трансформаторов необходимо проводить, учитывая:

Категории потребителя и резервирование питания. При наличии потребителей 1 категории на подстанциях устанавливается два трансформатора. Мощность каждого с учетом допускаемой перегрузки должна обеспечить потребителей 1 и 2 категории.

Потребители 2 категории должны быть обеспечены резервным питанием, включаемым автоматически или дежурным персоналом.

Для потребителей 2 категории на цеховой подстанции при наличии складского резерва устанавливается один трансформатор, а при отсутствии такового - два. Загрузка вновь устанавливаемых трансформаторов, должна быть 0,7 - 0,9 от номинальной мощности.

Единичная мощность трансформаторов со вторичным напряжением 380/220 В, как правило, не должна превышать 1000 кВА. При этом протяженность сетей до 1000 В значительно уменьшается, уменьшаются потери напряжения и энергии.

По возможности нужно стремиться к однотипности трансформаторов, что позволяет ограничить число резервных трансформаторов на складе.

Коэффициент перегрузки трансформатора ( составляет:

для сухих трансформаторов -1,2;

для масляных трансформаторов - 1,5;

Определяется полную мощность всех потребителей:

(1)

где: нагрузка потребителей,кВт

Полная суммарная реактивная мощность определяется по формуле:

(2)

где тангенс ц находится по формуле:

tgц= tg(arcos(cosц)) (3)

где: cosц- коэффициент мощности (cosц=0,85) (согласно бланку задания).

Полная расчётная мощность силового трансформатора определяется по формуле:

(4)

где ?Р - суммарная активная мощность всех потребителей, кВт;

?Q - суммарная реактивная мощность всех потребителей, кВАр.

Мощность трансформатора определяется по формуле:

(5)

где - коэффициент загрузки трансформатора, (выберается по таблице П3 (согласно заданию у меня вид ТП I категории).

Трансформатор выбирается по условию:

(6)

Исходя из расчётных данных выбирается 2 силовых трансформатора марки: ТМГ11-400/10-У1(ХЛ1) (Д/Ун-11) - трансформатор силовой, трехфазный, двухобмоточный, с масляным охлаждением, герметичного исполнения; номинальная мощность 400 кВА; номинальное напряжение ВН - 10 кВ, НН - 0,4 кВ; = 830 Вт; = 5600 Вт; = 4,5%; соединение обмоток: первичная - звезда, вторичная - звезда с нулевым проводом (рисунок 2) [1].

Рисунок 2 - Трансформатор ТМГ

2.2 Расчёт и выбор токоведущих частей

Выбирая сечение кабеля, необходимо учитывать условия прокладки кабелей и температуру окружающей среды.

При выборе кабеля для питания трансформатора за ток нагрузки принимается номинальный ток трансформатора, а если требуется два кабеля, то каждый проверяется на работу в аварийном режиме с учетом допустимой перегрузки.

После выбора сечения жилы кабеля необходимо определить тип кабеля, применяемый для энергоснабжения потребителя.

Выбирая тип кабеля, необходимо учитывать то, что в первую очередь применяется кабель из алюминия и только при необходимости - медный.

2.2.1 Расчёт и выбор токоведущих частей на стороне 10 кВ

Сечение кабельной линии на напряжение 10 кВ выбирают по нагреву расчётным током, проверяют по термической стойкости к токам КЗ, потерям напряжения в нормальном и послеаварийном режимах.

Определяется расчётный ток в нормальном режиме (оба трансформатора включены) по формуле:

(7)

где: - количество кабелей к присоединению;

- количество трансформаторов;

- полная расчётная мощность, Вт;

- напряжение сети ( = 10500 В).

Определяется расчётный ток в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

(8)

Экономическое сечение определяется согласно ПУЭ, раздел 1.3.25. Расчётный ток принимается для нормального режима работы, т.е. увеличение тока в послеаварийных и ремонтных режимах сети не учитывается:

(9)

где = 1,2 - нормированное значение экономической плотности тока (А/мм²), выбирается согласно ПУЭ, таблица 1.3.36, с учетом, что время использования максимальной нагрузки = 6000 ч.

Сечение округляется до ближайшего стандартного.

Согласно расчётам, выбирается трёхжильный кабель типа АСБ, сечением 25 мм² с параметрамищ r₀ = 1,17 Ом/км; x₀ = 0,99 Ом/км [2].

Все результаты расчётов сводятся в таблицу 1.

2.2.2 Расчёт и выбор шинопровода 0,4 кВ

Шинопровод необходим для коммутации электрооборудования. Он позволяет создать коммутацию между электроустановками в условиях ограниченного пространства, где невозможно проложить кабель в связи с недостаточной гибкостью.

Определяется расчётный ток шины в послеаварийном режиме, с учетом, что один трансформатор отключен:

(10)

где: - полная расчётная мощность силового трансформатора, ВА;

Определяется экономическое сечение шины:

Сечение округляется до ближайшего стандартного.

Если известна точная длинна шины, то дополнительно производится расчёт потерь напряжения.

Исходя из расчётов выбирается шину АД31Т 60х8. Шина имеет поперечное сечение 480 мм² и рассчитана на максимальный ток 1025 А [3].

2.2.3 Расчёт и выбор кабельных линий на стороне 0,4 кВ

Выбор сечения проводников на стороне 0,4 кВ происходит по нагреву длительным током нагрузки и сводится к сравнению расчётного тока () с допустимым () каталожным значением для принятых марок провода или кабеля и условий их прокладки.

Условие выбора кабеля на стороне 0,4 кВ производится по току нагрева:

(11)

где - расчётный ток линии, A (согласно таблице 1);

- длительно-допустимый ток, А.

Расчётный ток линии определяется по формуле (для трех фазной сети):

(12)

где: P - нагрузка кабельной линии, Вт (согласно таблице 1).

Расчёт для остальных кабелей стороны 0,4 кВ производится аналогично.

Исходя из расчётов выбирается трёхжильные кабели типа АВВГ сечением на линиях L1 = 25 (); L2,8,9,10 = 70 (); L3 = 95 (); L4 = 50 (); L5 = 120 (); L6,7 = 35 () [2].

Все результаты расчётов сводятся в таблицу 1.

2.2.4 Проверка падения напряжения в токоведущих частях на сторонах 0,4 и 10 кВ

При передаче электроэнергии по кабелю или проводам часть напряжения теряется на сопротивлении и в результате в конце линии, т.е. у электроприемников, напряжение становится меньшим, чем в начале линии.

Согласно ГОСТ 13109-97, в электрических сетях при нормальном режиме допускаются отклонения напряжения от номинального в пределах от -5 до +5%, т.е. для того чтобы электроприемники могли нормально работать и выполнять заложенные в них функции, напряжение на их выводах должно быть не менее 95%U и не более 105%U.

Выбранное сечение проводников должно соответствовать условиям обеспечения электроприёмников качественной электрической энергией.

Потери напряжения на кабелях 10 кВ определяются по формуле:

(13)

где: - расчётный ток в послеаварийном режиме (один трансформатор отключен), А;

L - длинна кабельной линии, км (согласно таблице 1);

- активное сопротивление кабельной линии, Ом/км (согласно таблице 1);

- индуктивное сопротивление кабельной линии, Ом/км (согласно таблице 1);

- номинальное напряжение сети ( = 10500 В).

Расчёт ведётся для высоковольтных линий (в таблице обозначается W1, W2):

Расчёт падения напряжения для остальных кабелей стороны 10 кВ производится аналогично.

Расчёт потерь напряжения для кабелей 0,4 кВ (производится аналогично расчёту падения напряжения стороны 10 кВ):

Расчёт падения напряжения для остальных кабелей стороны 0,4 кВ производится аналогично.

Падение напряжения не должно превышать 5%. Иначе необходимо выбрать кабель с большим сечением.

Все результаты расчётов сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчёт и выбор токоведущих частей

Номер линии	Длинна линии, км	Нагрузка линии, кВт	Расчётный ток линии,	Марка кабеля	Сечение жил,	Длительно допустимый ток	,	,	Потеря напряжения
10 кВ	W1	2,1	400	22	АСБ	25	65	1,17	0,099	0,46
		2,1	400	22	АСБ	25	65	1,17	0,099	0,46
0.4 кВ	L1	0,1	15	25	АВВГ	25	65	1,17	0,066	0,6
	L2	0,2	40	68	АВВГ	70	135	0,42	0,061	1,3
	L3	0,06	60	102	АВВГ	95	200	0,31	0,06	0,5
	L4	0,2	30	51	АВВГ	50	105	0,59	0,063	1,4
	L5	0,1	80	136	АВВГ	120	230	0,24	0,06	0,8
	L6	0,35	24	41	АВВГ	35	75	0,84	0,064	2,7
	L7	0,4	20	34	АВВГ	35	75	0,84	0,064	2,5
	L8	0,5	40	68	АВВГ	70	135	0,42	0,061	3,3
	L9	0,06	40	68	АВВГ	70	135	0,42	0,061	0,4
	L10	0,1	46	70	АВВГ	70	135	0,42	0,061	0,8

2.3 Расчёт и выбор аппаратов защиты

понижающий распределительный трансформаторный подстанция

В качестве аппаратов защиты применяются автоматические выключатели и предохранители. Выбор аппаратов защиты (предохранителей, автоматических выключателей) выполняется с учетом следующих основных требований:

Номинальный ток и напряжение аппарата защиты должен соответствовать расчётному -длительному току и напряжению электрической цепи.

Номинальные токи расцепителей автоматических выключателей и плавких вставок предохранителей необходимо выбирать по возможности меньшими по длительным расчётным токам с округлением до ближайшего большего стандартного значения.

Аппараты защиты не должны отключать установку при кратковременных перегрузках, возникающих в условиях нормальной работы (например, при пуске).

Время действия аппаратов защиты должно быть по возможности меньшими должна быть обеспечена селективность действия защиты при последовательном расположении аппаратов защит в электрической цепи.

Ток защитного аппарата (номинальный ток плавкой вставки или ток срабатывания расцепителя автомата) должен быть согласован с допустимым током защищаемого проводника.

Аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение защищаемого участка при КЗ в конце участка.

Ток плавкой вставки предохранителя защищающего трансформатор (на схеме Э3 отображается FU1-FU6) определяется по формуле:

(14)

где: - Расчётный ток трансформатора в послеаварийном режиме (;

Исходя из расчётов и условия по которому выбираются плавкая вставка на 50 А и модель предохранителя ПКТ-103/50 (изображон на рисунке 3).

Плавкая вставка и предохранитель выбираются по таблице П2.

Рисунок 3 - Предохранитель ПКТ-103

На картинке: 2 - контакт с замком; 3-корпус; 4-хвостик контакта; 5 - опорный изолятор.

Расчёт плавких вставок для реечных предохранителей которые находятся на линии потребителей в РШНН расчитываются по формуле:

 (15)

где: - расчётный ток линии, А (согласно таблице 1).

По данным расчётов (сдесь представлен расчёт для первой линии, остальные считаются аналогично) выбираем плавкие вставки по условию данные записаны в таблицу 2.

Плавкие вставки выбирались по таблице П1.

Таблица 2 - Расчёт плавких вставок для реечных предохранителей

Номер линии/обозначение на схеме электрической принципиальной Э3	Расчётный ток линии,	Расчётный ток плавкой вставки предохранителя, ,А	Ток плавкой вставки по условию ,А	Тип плавкой вставки предохранителя
0,4кВ	L1/FU7-FU9	25	31	40	LV HRC
	L2/FU10-FU12	68	85	100
	L3/ FU13-FU15	102	128	150
	L4/ FU16-FU18	51	64	80
	L5/ FU19-FU21	136	170	200
	L6/ FU34-FU36	41	51	60
	L7/ FU37-FU39	34	43	50
	L8/ FU40-FU42	68	85	100
	L9/ FU43-FU45	68	85	100
	L10/ FU46-FU48	70	89	100

В РШНН 03-2-30-УЗ ставятся предохранители - разъеденители - выключатели типа SL 1 - 3X3/3Р 250A 3Р с плавкой вставкой типа LV HRC (рисунок 4) [5].



Рисунок 4 - Предохранитель - разъеденитель - выключатель типа SL

Расчёт для линейных автоматических выключателей (в схеме Э3 - QF1, QF2).

Суммарный расчётный ток всех потребителей определяется по формуле:

(16)

где: I_Л - ток линии, А (согласно таблице 1).

Ток срабатывания теплового расцепителя для автоматического выключателя определяется по формуле:

(17)

где: I_Т.Р - ток теплового расцепителя, А;

I_Р - расчётный ток (суммарный ток всех потребителей), А.

Выбор автоматического выключателя производится исходя из условия:

 (18)

где I_Р - расчётный ток, А (согласно таблице 1);

I_Н - номинальный ток силовых контактов, А.

Пусковой ток I_П определяется с учетом тока расчётного I_Р и коэффициента кратности пускового тока = 7:

(19)

136*7+(671-136) = 1487 (А)

где I_P.Лmax - самый большой ток потребителя на низкой стороне. Он выбирается в качестве пускового, потому что все потребители на линии не могут включиться одновременно.

Кратковременный ток I_КР определяется с учетом пускового тока I_П по формуле:

(20)

Выбор секционного выключателя (в схеме Э3 - QF3) происходит аналогично, за расчётный ток принимается ток наиболее нагруженной линии.

Т.к. первая РШНН загружена больше второй. Поэтому за расчётный ток принимаем сумму токов первых пяти потребителей:

136*7+(25+68+102+51+136-136) = 1198 (А)

Установка по току срабатывания производится из условия:

 (21)

Исходя из расчётов выбирается автоматический выключатель с дистанционным проводом ВА55-41-330010-20УХЛЗ на номинальный ток 1000 А, установка номинального тока 0,56. Данный выключатель подойдёт в качестве устройства защиты как на линиях трансформатора, так и в качестве секционного выключателя [4] (рисунок 5).

Рисунок 5 - Автоматический выключатель ВА-55

Данные расчётов всех автоматических выключателей заносятся в таблицу 3.

Таблица 3 - Сводная таблица аппаратов защиты (вводных и секционных)

Позиционное обозначение	Функция	IР, А	IКР, А	IТ.Р, А	IП, А	Тип автомата
QF1	Линейный	671	1620,75	838,75	1487	ВА55-41-3р
QF2	Секционный	382	1497,5	307,5	1198	ВА55-41-3р
QF3	Линейный	671	1620,75	838,75	1487	ВА55-41-3р

2.4 Выбор оборудования на стороне 0,4 кВ

Для подключения приборов учета и измерения на стороне 0,4 кВ необходимо выбрать измерительные трансформаторы тока.

Результаты расчёта представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Вторичная нагрузка трансформаторов тока

Прибор	Нагрузка фазы, ВА
	А	В	С
Амперметр	0,5	0,5	0,5
Счетчики электрической энергии многотарифные	0,1	0,1	0,1
Итого:	0,6	0,6	0,6

За расчётную полную мощность приборов принимаем мощность наиболее нагруженной фазы:

S_приб = 0,6 ВА (22)

Выбор трансформаторов тока осуществляется:

по напряжению;

по максимальному току:

(23)

по динамической устойчивости:

(24)

по вторичной нагрузке:

(25)

Исходя из расчётов выбираются фазные трансформаторы тока ТШП-0,66 с коэффициентом трансформации 750/5 и классом точности 0,5S [5].

Расчётные данные и каталожные данные выбранных трансформаторов тока сводятся в таблицу 4.

Таблица 5 - Расчётные и каталожные данные приборов

Номер линии	Позиционное обозначение	IР, А	IН трансформатора, А	Класс точности	Тип трансформатора
Ввод 1 секции	TA1-TA6	671	750	0,5S	ТШП-0,66
Ввод 2 секции	TA7-TA12	671	750	0,5S	ТШП-0,66

Результаты выбора приборов учёта и измерения представлен в таблице 6, выбранные приборы представлены на рисунке 5.

Таблица 6 - Выбор приборов учета и измерения

Прибор	Позиционное обозначение	Тип
Амперметр	РА1 - PA6	Э8030-М1
Вольтметр	PV1, PV2	Э8030-М1
Счетчик активной и реактивной мощности	PIK1, PIK2	СЕ-302

Амперметр Э8030-М1 вольтметр Э8030-М1 счётчик СЕ-302

Рисунок 5 - Измерительные приборы

2.5 Расчёт токов короткого замыкания и выбор оборудования на стороне 0,4 кВ

2.5.1 Расчёт токов короткого замыкания на стороне 0,4 кВ

Для определения токов короткого замыкания необходимо, из электрической принципиальной схемы составить расчётную схему (рисунок 6), а затем на ее основе составить схему замещения, в которой все элементы цепи заменены сопротивлениями, (рисунок 7), и определить точки КЗ.

Рисунок 6 - Расчётная схема стороны 0,4 кВ

Рисунок 7 - Схема замещения стороны 0,4 кВ

Расчёт токов короткого замыкания (КЗ) необходим для выбора аппаратуры и проверки элементов электроустановок (шин, изоляторов, кабелей и т. д.) на электродинамическую и термическую устойчивость, а также выбора уставок срабатывания защит и проверки их на чувствительность срабатывания.

Сопротивление трансформатора определяется по формуле:

(26)

где: х_Т - индуктивное сопротивление трансформатора, Ом;

U_K - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

S_ТР - номинальная мощность трансформатора, Вт;

U_H - номинальное напряжение сети (U_Н = 400 В).

Определяется полное сопротивление в точке К₁ с учетом активного сопротивления контактов автоматических выключателей по формуле, (активное сопротивление контактов автоматических выключателей r₁ = 0,005 Ом и плавкой вставки предохранителя r₃ = 0,005 Ом):

(27)

где: r₁ - активное сопротивление контактов автоматических выключателей (r₁ = 0,005 Ом);

x_l - индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.

Ток короткого замыкания в точке КЗ₁ рассчитывается по формуле:

(28)

где: I_КЗ1 - ток короткого замыкания, А.

z₁ - полное сопротивление, Ом.

Активное сопротивление кабельной линии определяется по формуле:

(29)

где: r₀ - удельное активное сопротивление кабеля, Ом/км (согласно таблице 1);

L - протяженность кабельной линии, км (согласно таблице 1).

Определяется индуктивное сопротивление кабельной линии L по формуле:

(30)

где: x₀ - удельное индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км (согласно таблице 1);

L - протяженность кабельной линии, км (согласно таблице 1).

Полное сопротивление кабельной линии в точке КЗ₂ определяется по формуле:

(31)

где: r₁ - активное сопротивление контактов автоматических выключателей, r₁ = 0,005 Ом;

r₂ - активное сопротивление шины (r₂ = 0,001 Ом);

r₃ - плавкой вставки предохранителя (r₃ = 0,005 Ом);

- индуктивное сопротивление трансформатора, Ом (ставится по расчётам выше .

Определяю ток короткого замыкания в точке КЗ₂:

(32)

Расчёт токов короткого замыкания для остальных линий, производится аналогично, результаты расчётов заносятся в таблицу 6.

Расчёт ударного коэффициента производится по формуле:

(33)

где е = 2,71.

Расчёт ударного коэффициента для остальных участков КЗ производится аналогично.

Расчёт ударного тока при КЗ производится по формуле:

(34)

Расчёт ударного тока для остальных участков КЗ производится аналогично.

Проверка чувствительности срабатывания автоматического выключателя при КЗ в точке КЗ₂ должна удовлетворять условию:

(35)

где: I_КЗ2 -ток короткого замыкания в точке КЗ₂, А;

I_ТР - ток срабатывания теплового расцепителя, А.

Расчёт чувствительности срабатывания автоматического выключателя для остальных линий, производится аналогично, результаты расчётов заносятся в таблицу 7.

Таблица 7 - Результаты расчётов токов короткого замыкания.

№ линии	Активное/ индуктивное сопротивление кабеля; Ом	Общее сопротивление участка 1, Ом	Общее сопротивление участка 2, Ом	Ток короткого замыкания участка 1, А	Ток короткого замыкания участка 2, А
L1	1,17/0,066	0,0187	0,13	12376,59	1776,46
L2	0,42/0,061		0,1		2309,4
L3	0,31/0,06		0,04		5773,5
L4	0,59/0,063		0,137		1685,7
L5	0,24/0,06		0,0458		5042,4
L6	0,84/0,064		0,32		721,7
L7	0,84/0,064		0,354		652,4
L8	0,42/0,061		0,23		1004,1
L9	0,42/0,061		0,0457		5053,4
L10	0,42/0,061		0,073		3163,6

2.5.2 Выбор распределительных устройств на низкой стороне

Для приема и распределения электроэнергии на напряжении 0,4 кВ в помещении РУ - 0,4 кВ устанавливаем распределительный щит, комплектуемый из распределительных шкафов серии РШНН-03.

Распределительные шкафы низкого напряжения РШНН 03 (далее - шкафы) предназначены для приема, распределения электрической энергии и защиты отходящих линий от перегрузок и токов короткого замыкания напряжением 0,4 кВ переменного тока частотой 50 Гц. Шкафы могут применяться для комплектования трансформаторных подстанций и распределительных устройств в качестве главных распределительных щитов.

Исходя из расчётов в качестве трансформаторных выбираются РШНН 03-2-02-У3, в качестве выводных выбираются РШНН 03-2-01-У3 и в качестве секционного выбирается РШНН 03-2-10-У3 [6] (рисунок 8).

Результаты выбора шкафов 0,4 кВ сводятся в таблицу 8.

Таблица 8 - Выбор распределительных шкафов 0,4 кВ

Расчётные параметры	Тип выбранного оборудования
	РШНН 03-2-02-У3	РШНН 03-2-30-У3	РШНН 03-2-10-У3
UНОМ = 400 В	Uном = 400 В	Uном = 400 В	Uном = 400 В
Imax = А	Iн = 630 А	Iн = 630 А	Iн = 630 А
IКЗ = 12376,59 А	Iдин = 10 кА/с	Iдин = 10 кА/с	Iдин = 10 кА/с
iУД = 25326,89 А	iдин = 20 кА	iдин = 20 кА	iдин = 20 кА
Назначение	Трансформаторные	Выводные	Секционный
Количество	2	2	1

РШНН 03-2-02-У3 РШНН 03-2-30-У3 РШНН 03-2-10-У3

Рисунок 8 - Шкафы РШНН

2.6 Расчёт КЗ высоковольтного ввода и выбор оборудования на стороне 10 кВ

Расчёт необходим для проверки выбранного оборудования на термическое и динамическое действие токов короткого замыкания.

Для определения токов короткого замыкания необходимо составить схему замещения (рисунок 9), в которой все элементы цепи заменены сопротивлениями и определить точки КЗ.

Рис. 9 - Схема замещения

Определяется значение рабочего тока I_Р по формуле:

(36)

где S_H - установленная полная мощность трансформатора, ВА;

U_HOM - номинальное напряжение сети (U_HOM = 10500 В).

Активное сопротивления трансформатора определяется по формуле:

(37)

где ?P_к - мощность короткого замыкания трансформатора, кВт;

S_ном.т - номинальная мощность трансформатора, кВА;

U_ном - номинальное напряжение сети, кВ.

Индуктивное сопротивления трансформатора определяется по формуле:

(38)

где U_к - напряжение короткого замыкания трансформатора, %;

S_ном.т - номинальная мощность трансформатора, кВА;

U_ном - номинальное напряжение сети, кВ.

Активное сопротивление вводного кабеля определяют по формуле:

(39)

где: r₀ - удельное индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км (согласно таблице 1);

L - протяженность кабельной линии ввода L, км (согласно таблице 1).

Индуктивное сопротивление вводного кабеля определяют по формуле:

(40)

где: x₀ - удельное индуктивное сопротивление кабеля, Ом/км (согласно таблице 1);

L - протяженность кабельной линии, км (согласно таблице 1).

Общее полное сопротивление ввода определяется по формуле:

(41)

где: r_К - активное сопротивление кабеля, Ом (согласно таблице 1);

х_К - индуктивное сопротивление кабеля, Ом (согласно таблице 1);

r_QW, r_Q - активное сопротивление контактов выключателя (r_QW = r_Q = 0,005 Ом);

r_СШ - активное сопротивление контактов секции шин (r_СШ = 0,001 Ом);

r_FU - активное сопротивление предохранителя (r_FU = 0,003 Ом);

r_T - активное сопротивление трансформатора, Ом;

х_Т - индуктивное сопротивление трансформатора, Ом.

Ток короткого замыкания определяется по формуле:

(42)

При определении ударного тока учитывается ударный коэффициент, зависящий от постоянной времени контура короткого замыкания или от коэффициента реактивной мощности контура короткого замыкания.

Расчёт ударного коэффициента производится по формуле:

(43)

где е = 2,71.

Расчёт ударного тока производится по формуле:

(44)

Термической стойкостью электрических аппаратов называется способность их выдерживать без повреждений, препятствующих дальнейшей работе, термическое воздействие протекающих по токоведущим частям токов заданной длительности.

Количественной характеристикой термической стойкости является ток термической стойкости, протекающий в течение определённого промежутка времени.

Наиболее напряжённым является режим короткого замыкания, в процессе которого токи по сравнению с номинальными могут возрастать в десятки раз, а мощности источников теплоты - в сотни раз.

Термическая стойкость электрического аппарата зависит при этом не только от режима короткого замыкания, но и от теплового состояния, предшествующего режиму короткого замыкания.

Расчёт коэффициента теплового воздействия производится по формуле:

(45)

где: В_К - тепловой коэффициент воздействия, А²*мкс;

t - время воздействия (t = 1 мс).

Для установки выбранных выключателей и разъединителей необходимо выбрать ячейки КСО. Выбор ячеек осуществляем по каталогам предприятий в соответствии с требуемой схемой распределительного устройства 10 кВ.

Результаты выбора ячеек КСО сводятся в таблицу 9.

Исходя из расчётов в качестве вводных выбираются КСО-395-03-400, в качестве трансформаторных выбираются КСО-395-04-400 и в качестве секционного выбирается КСО-395-14-400 (рисунок 10) [7].

Таблица 9 - Выбор ячеек КСО

Расчётные параметры	Тип выбранного оборудования
	КСО-395-03-400	КСО-395-04-400	КСО-395-14-400
UНОМ =10500 В	UНОМ = 10500 В	UНОМ = 10500 В	UНОМ = 10500 В
IР = 25,88 А	IНОМ = 400 А	IНОМ = 400 А	IНОМ = 400 А
IКЗ = 1515,54 А	IКЗ = 2500 А	IКЗ = 2500 А	IКЗ = 2500 А
iУД =2186,16 А	iУД = 51000 А	iУД = 51000 А	iУД = 51000 А
Назначение	Вводные	Трансформаторные	Секционный
Количество	2	2	1



Рисунок 10 - Камеры КСО

3. Требования по ОТ и ТБ при эксплуатации РУ подстанций

К работе по обслуживанию распределительных устройств (РУ) и подстанций напряжением выше 1000 В (напряжением выше 1000 В до 220 кВ) допускаются:

лица мужского и женского пола, не моложе 18 лет и имеющие группу по электробезопасности не ниже III;

прошедшие обучение по электробезопасности, имеющие соответствующее удостоверение и прошедшие стажировку (дублирование) безопасным способам ведения работ в течение 2 - х недель;

прошедшие медицинское освидетельствование и допущенные по состоянию здоровья к работе;

прошедшие вводный инструктаж и первичный инструктаж на рабочем месте.

Электротехнический персонал обязан:

соблюдать правила внутреннего трудового распорядка;

не курить, не распивать спиртные напитки на рабочем месте;

выполнять только порученную работу;

изучать и совершенствовать методы безопасной работы;

работать в спецодежде с применением средств индивидуальной защиты в соответствии с установленными нормами;

уметь оказывать первую доврачебную помощь пострадавшему при несчастных случаях знать, где находится аптечка с набором медикаментов, и при необходимости обеспечить доставку (сопровождение) пострадавшего в лечебное учреждение;

соблюдать правила санитарной и личной гигиены;

не принимать пищу на рабочем месте.

Во время работы на электротехнический персонал может воздействовать опасный производственный фактор - повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека.

Электротехнический персонал несет персональную ответственность за нарушение требований инструкции в соответствии с законодательством Республики Беларусь.

Заключение

В процессе выполнения курсового проекта была разработана трансформаторная подстанция 10/0,4 кВ с РУ на 0,4 кВ. Был произведен расчёт и выбор трансформаторов, рассчитаны и выбраны токоведущие части, рассчитаны токи короткого замыкания, исходя из которых выбрано и проверено основное оборудование подстанции. Так же в процессе курсового проектирования использовались: справочная литература, каталоги, таблицы. Приобретены навыки составления технико-экономических записок, подготовки к дипломному проектированию.

Литература

1. Каталог трансформатора https://www.rec.su/catalog/maslyanye-transformatory/tmg11/;

2. Каталог кабелей: https://www.mkm.ru/;

3. Каталог шинопровода: https://profsector.com/component/18642/alyuminievaya-pryamougolnaya-shina-ad31t-8h60h4000-1022a-gost-15176-89;

4. Каталог трансформаторов тока и измерительных приборов: https://zapadpribor.com/tshp-066/;

5. Каталог автоматических выключателей: http://uralen.ru/catalog/vk/group-216/1903.html;

6. Каталог НКУ: www.electro.by;

7. Каталог КСО: www.e-tmm.ru,;

Липкин Б.Ю. Электроснабжение промышленных предприятий и установок. "Высшая школа" Москва 1990г.

Алиев И.И. "Электротехнический справочник" 2006г.

Крюков В.И. Обслуживание и ремонт электрооборудования подстанций и распределительных устройств "Высшая школа" Москва 1989г «Справочный материал».

Л.Д. Роткова, B.C. Козулин "Электрооборудование станций и подстанций", Москва "Энергия", 1980г.

Л. Н. Балтиданов, И. В. Тарасов "Электрические станции и подстанции", Москва, "Энергия", 1969г.

Приложение

Таблица П1

Таблица П2

Таблица П3

Коэффициент загрузки трансформатора	Вид трансформаторной подстанции и характер нагрузки
0,65... 0,7	Двухтрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой I категории
0,7... 0,8	Однотрансформаторные ТП с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования по перемычкам с другими подстанциями на вторичном напряжении
0,9... 0,95	Трансформаторные подстанции с нагрузкой III категории или с преобладающей нагрузкой II категории при возможности использования складского резерва трансформаторов

Размещено на Allbest.ru