Проектирование тяговой подстанции

n = 258 / 2 = 129 шт.

Число аккумуляторных элементов n_шу, шт. нормально питающих шины управления и защиты определяется по формуле

n_шу = U_ш / U_пз, (13.5)

где U_ш - напряжение на шинах управления и защиты, равное 232 В;

n_шу = 232 / 2 = 116 шт.

В качестве зарядного - подзарядного устройства выбираем агрегат типа THYROTRONIC с регулятором Thysat электронно-программируемый. Данный тип ЗПУ самостоятельно выбирает оптимальный ток, напряжение и мощность первого (формовочного) заряда батареи, что не требует его расчета.

Вывод по разделу: были рассмотрены потребители постоянного тока, для которых требуется ток длительного заряда в аварийном режиме. Для этого была выбрана аккумуляторная батарея «Драйфит» в количестве 129 штук, а в качестве зарядного - подзарядного устройства агрегат типа THYROTRONIC.

13. Расчет заземляющего устройства и определение зоны защиты молниеотводов

13.1 Расчет сопротивления заземляющего контура

Целью расчета защитного контура является определение таких его параметров, при которых сопротивление растекания тока и напряжения прикосновения не превышает допустимых значений. Поясняющая схема к расчёту сопротивлений заземляющего контура приведена на рисунке 9.

а) вертикальный заземлитель;

б) структура грунта;

в) разрез контура заземления.

Рисунок 9 - Поясняющие схемы к расчету сопротивлений заземляющего контура

В основу положен метод, основанный на теории подобия, который предусматривает:

- замену реального контура с изменяющимися по глубине сопротивлением эквивалентной двухслойной структурой;

- замену реального и сложного заземляющего контура, эквивалентной квадратной расчетной моделью с одинаковыми ячейками.

Длина горизонтальных заземлителей , м, определяется по формуле

, (14.1)

где - площадь заземляющего контура, м² принимается по плану

открытой части подстанции, =12000 м²;

м.

Число вертикальных электродов , шт., определяется по формуле

, (14.2)

шт.

Длина вертикального электрода , м, определяется по формуле

, (14.3)

где - толщина верхнего слоя грунта, =1,25 м;

м.

Общая длина вертикальных электродов , м, определяется по формуле

, (14.4)

м

Расстояние между вертикальными электродами , м, определяется по формуле

, (14.5)

м

Глубина заложения горизонтальных электродов м.

Сопротивление заземляющего контура , Ом, определяется по формуле

, (14.6)

где - коэффициент;

- эквивалентное сопротивление грунта, .

Коэффициент определяется по формулам

при , (14.7)

при . (14.8)

При

коэффициент определяется по формуле (14.7)

.

Эквивалентное сопротивление грунта , , определяется по формуле

, (14.9)

где - сопротивление верхнего слоя земли принимаем

Омм;

- сопротивление нижнего слоя земли принимаем

Омм.

- коэффициент.

Коэффициент определяется по формулам

при , (14.10)

при . (14.11)

При

,

коэффициент определяется по формуле (14.11)

,

.

Сопротивление заземляющего контура , Ом, по формуле (14.6)

Ом.

Полученное значение сопротивления заземляющего контура должно удовлетворять условию

Ом (14.12)

где - нормативное значение сопротивления заземляющего контура, равное 0,5 Ом.

В связи с тем, что окончательным критерием безопасности электрической установки является величина напряжения прикосновения, то независимо от выполнения условия (14.13) необходимо определить его расчетное значение и сравнить с допустимым.

Расчетное значение напряжения прикосновения , В, определяется по выражению

, (14.13)

где - ток однофазного замыкания на землю в РУ-110 кВ, кА;

- коэффициент прикосновения.

Коэффициент прикосновения определяется по формуле

, (14.14)

где - коэффициент, характеризующий условия контакта человека с землей;

- функция отношения , равная 0,69.

Коэффициент, характеризующий условия контакта человека с землей определяется по формуле

, (14.15)

где - расчетное сопротивление тела человека, Ом;

- сопротивление растеканию тока со ступней человека, Ом.

Сопротивление растеканию тока со ступней человека , Ом, определяется по формуле

(14.16)

Подставляя численные значения в формулы (5.13) - (5.16) получим

, Ом,

,

,

B.

Допустимое значение напряжения прикосновения для РУ 110 кВ составляет 100 В при времени протекания тока замыкания на землю 0,5 с, что меньше расчетного и значит удовлетворяет условию электробезопасности.

13.2 Определение зоны защиты молниеотводов

Защита от прямых ударов молнии открытых подстанций и ОРУ напряжением 20-500 кВ выполняется молниеотводами, устанавливаемыми на конструкциях ОРУ или отдельными.

ОРУ 220 кВ защищается молниеотводами №1 - №4, которые установлены на конструкциях ОРУ и прожекторных мачтах; ОРУ - 27,5 кВ защищается молниеотводами №5 - №6. Зона защиты молниеотводов определяется как зона защиты попарно взятых соседних стержневых молниеотводов. Зона защиты двойного стержневого молниеотвода высотой до 150 м показана на рисунке 10.



- ширина зоны защиты по середине между молниеотводами на уровне земли, м;

- расстояние между молниеотводами, м;

- высота молниеотводов, м;

- высота вершины защитного конуса, м;

- высота защищаемого оборудования, м;

- минимальная высота зоны защиты между молниеотводами, м;

- радиус защиты молниеотводов на уровне земли, м;

- радиус защищаемого оборудования на высоте защищаемого оборудования, м;

- половина ширины зоны защиты между молниеотводами на высоте защищаемого оборудования, м.

Рисунок 10 - Зона защиты двух стержневых молниеотводов одинаковой высоты

Внешние зоны защиты определяются как зоны одиночных стержневых молниеотводов.

Высота вершины защитного конуса , м, определяется по формуле

. (14.17)

Радиус зоны защиты молниеотводов на уровне земли , м, определяется по формуле

. (14.18)

Радиус зоны защиты молниеотводов на высоте защищаемого оборудования , м, определяется по формуле

. (14.19)

Внутренние размеры зоны защиты , , , м, определяются по формулам:

- при

, (14.20)

, (14.21)

, (14.22)

- при

, (14.23)

, (14.24)

, (14.25)

- при

, (14.26)

, (14.27)

. (14.28)

При расстоянии молниеотводы рассматриваются как одиночные.

Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты (до 150 метров) представлена на рисунке 11.

и - высоты соответствующих молниеотводов, м;

и - высоты вершин конусов зон защиты соответствующих молниеотводов, м;

и - радиус зоны защиты соответствующих молниеотводов на

уровне земли, м;

и - радиус зоны защиты соответствующих молниеотводов на высоте защищаемого оборудования, м.

Рисунок 11 - Зона защиты двух стержневых молниеотводов разной высоты

Внешние зоны защиты определяются как зоны защиты одиночных стержневых молниеотводов соответствующей высоты по формулам (14.17) - (14.19).

Внутренние размеры зоны защиты , , , м, определяются по формулам

, (14.29)

, (14.30)

. (14.31)

Значения величин ; ; ; определяются по формулам (14.20) - (14.28).

Основным условием защищенности площади подстанции является выполнение для всех попарно взятых молниеотводов условия

, (14.32)

Высота молниеотводов ОРУ110кВ - 27,5 м.

Высота молниеотводов ОРУ27,5кВ - 21 м.

Высота прожекторной опоры с молниеотводом - 25 м.

Высота защищаемого оборудования:

- ОРУ-110 кВ - 15 м;

- ОРУ - 27,5 кВ - 8,5 м.

Для примера рассчитаем зону защиты молниеотводов №1 и №2. Высота молниеотводов равна 27,5 метров, а расстояние между молниеотводами равно 44,4 метра. Расчет выполняется по формулам (14.17) - (14.28).

Высота вершины защитного конуса , м, равна

м.

Радиус зоны защиты молниеотводов на уровне земли , м, равен

м.

Радиус зоны защиты молниеотводов на высоте защищаемого оборудования , м, равен

м.

Минимальная высота зоны защиты между молниеотводами , м, равна

м.

Минимальный радиус зоны защиты посередине между молниеотводами , м, равен

м;

м > 0.

Результаты вычислений зон защиты молниеотводов на территории подстанции сведены в таблицу 16.

Таблица 16 - Расчет зон защиты между молниеотводами

Соседние молниеотводы	, м	, м	, м	, м	, м	, м	, м	, м	, м
№1 - №2	27,5 27,5	28,74 28,74	10,29 10,29	23,38 23,38	20,37	7,58	44,4	15,0	28,74
№2 - №3	27,5 27,5	28,74 28,74	10,29 10,29	23,38 23,38	15,95	1,71	69,2	15,0	28,74
№1 - №3	27,5 27,5	28,74 28,74	10,29 10,29	23,38 23,38	21,51	8,70	38,0	15,0	28,74
№5 - №6	21,0 21,0	22,22 22,22	11,64 11,64	17,85 17,85	14,00	8,66	42,8	8,5	22,04
№3 - №5	27,5 21,0	28,74 22,22	10,29 11,64	23,38 17,85	18,18	13,57	38,0	8,5	25,48
№3 - №6	27,5 21,0	28,74 22,22	10,29 11,64	23,38 17,85	12,86	8,64	68,0	8,5	25,48
№7	25,0	26,25	7,72	21,25	-	-	-	-	-

Для надежной защиты территории подстанции от прямых ударов молний должно выполняться условие (14.32).

14. Разработка устройств релейной защиты

В процессе эксплуатации любой электрической системы существует возможность возникновения в ней перенапряжений и ненормальных режимов работы, которые могут приводить к возникновению аварий. Предотвращение возникновения аварий или их развития при повреждении в электрической системе часто может быть обеспечено путем быстрого отключения поврежденного элемента. Отключение осуществляется коммутационным аппаратом - обычно высоковольтным выключателем, на привод которого воздействует релейная защита.

Газовая защита трансформатора весьма чувствительна практически ко всем видам внутренних повреждений, кроме, пожалуй начальной стадии витковых замыканий, не сопровождающихся образованием дуги. Газовая защита является обязательной для трансформаторов мощностью 6,3 МВА и более, а также для внутрицеховых понижающих трансформаторов мощностью 630 кВА и более. Газовую защиту можно устанавливать и на трансформаторах мощностью 1-4 МВА. Если трансформатор снабжен устройством регулирования напряжения под нагрузкой (РПН), то для этого устройства дополнительно предусматривается отдельная газовая защита.

Газовая защита не реагирует на повреждения вне бака трансформатора (в цепи от выключателя до бака, включая вводы). Поэтому она должна быть дополнена другими защитами.



Рисунок 12 - Принципиальная схема газовой защиты

Упрощенная принципиальная схема газовой защиты приведена на рис. 12. Кроме аккумуляторных батарей в качестве источников оперативного питания могут служить предварительно заряженные конденсаторы, блоки питания, трансформаторы собственных нужд.

Принцип работы:

При скоплении газов в верхней части газового реле или течи в баке замыкается контакт KSG.2 газового реле, действующего на предупредительную сигнализацию. При бурном газообразовании замыкается контакт KSG.1 газового реле, вызывая срабатывание промежуточного реле KL1, действующего на отключение выключателей Q1 и Q2 со всех сторон трансформатора Т. Поскольку при бурном газообразовании контакт KSG.2 может вибрировать, то для надежности срабатывания промежуточного реле KL1 предусмотрена цепь его самоподхвата контактами KL1.1. Цепь самоподхвата деблокируется вспомогательными контактами SQ1.1. выключателя Q1 после отключения трансформатора.

Переключая накладку SX из положения 1 в положение2 можно перевести действие защиты не на отключение, а на сигнал. Это может потребоваться для поверки газовой защиты и при ее неисправности, а также при заполнении элементов системы охлаждения маслом на работающем трансформаторе и в ряде других случаев, оговоренных в инструкции по эксплуатации газовой защиты.

Вывод по разделу: в данном разделе дипломного проекта была рассмотрена газовая защита, которая является частью релейной защиты. Газовая зашита весьма чувствительна практически ко всем видам внутренних перенапряжений. Как пример приведена упрощенная схема газовой защиты.

Заключение

При выполнении дипломного проекта была спроектирована тяговая подстанция Бурятская. Были изучены вопросы особенностей спроектированной тяговой подстанции.

Разработана однолинейная схема подстанции, которая определяет состав необходимого оборудования и аппаратуры. Надёжность работы тяговой подстанции обеспечивается:

1. Резервированием силовых трансформаторов, аппаратуры и выключателями;

2. Секционированием сборных шин, разъединителями и выключателями;

3. Устройством системы обходных шин с выключателями для замены основных выключателей во время ремонта.

Произведены расчёты токов рабочего и аварийного режима работы подстанции. На основании значений этих токов были выбраны и проверены токоведущие элементы, сборные шины, изоляторы подстанции, а также коммутационная аппаратура и измерительные трансформаторы. Были выбраны ОПН как средство защиты от перенапряжений для РУ. Была выбрана аккумуляторная батарея и зарядно-подзарядное устройство к ней. Разработан план размещения основного оборудования на подстанции. Произведён расчёт заземляющего устройства графоаналитическим методом. Выполнен расчёт стоимости подстанции. Определены технико-экономические показатели спроектированной тяговой подстанции.

Список литературы

1. Андреев В.А. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения: Учеб. для вузов по спец. «Электроснабжение». - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 2008. - 496 с.

2. Тяговые подстанции: Учеб. для вузов ж.-д. транспорта / Ю.М. Бей, Р.Р. Мамошин, В.Н. Пупынин, М.Г. Шалимов. - М.: Транспорт, 1986. - 319 с.

3. Гринберг-Басин М.М. Тяговые подстанции. Пособие по дипломному проектированию: Учеб. пособие для техникумов ж.-д.трансп. - М.: Транспорт, 2006. - 168 с.

4. Загайнов Н.А., Финкельштейн Б.С., Кривов Л.Л. Тяговые подстанции трамвая и троллейбуса: Учеб. для техникумов / Под ред. Н.А. Загайнова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Транспорт, 2008. - 327 с.

5. Мамошин Р.Р., Зимакова А.Н. Электроснабжение электрифицированных железных дорог. - М.: Транспорт, 2009. - 296 с.

6. Правила устройства системы тягового электроснабжения железных дорог Российской Федерации. - М.: МПС РФ, 1997. - 78 с.

7. Правила устройства электроустановок. - Главгосэнергонадзор России, 2008. - 549 с.

8. Правила эксплуатации электроустановок потребителей. - Главгосэнергонадзор России, 1997. - 285 с.

9. Прохорский А.А. Тяговые и трансформаторные подстанции. - М.: Транспорт, 2003. - 496 с.

10. Руководящие материалы по релейной защите систем тягового электроснабжения: Департамент электрификации и электроснабжения Министерства путей сообщения Российской Федерации. - М.: «Транспорт», 2007. - 96 с.

11. Система тягового электроснабжения 2х25 кВ / Б.И. Бородулин, М.И. Векслер, В.Е. Марский, И.В. Павлов. - М.: Транспорт, 2009. - 247 с.

12. Справочник по электроснабжению железных дорог / Под ред. К.Г. Марквардта: Т.1 и Т.2. - М.: Транспорт, 2006. - 256 с., 392 с.

13. Типовой проект организации труда на тяговой подстанции: МПС. - М.: Транспорт, 1988. - 39 с.

14. Хариков В.Ф. Защита контактной сети постоянного тока от коротких замыканий. - М.: Транспорт, 2007. - 95 с.

15. Электрическая часть станций и подстанций: Учеб. для вузов / А.А. Васильев, И.П. Крючков, Е.Ф. Наяшков и др.; Под ред. А.А. Васильева. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 576 с.

16. Почаквец В.С. Электрические подстанции. М.: Желдориздат, 2009. - 512 с.

17. Пузина Е.Ю. Тяговые подстанции. Иркутск, 2005. - 41 с.

18. Правила устройства электроустановок. М.: Главгосэнергонадзор России, 2008. - 549 с.

19. Макаров А.П. Проект, электрификация участка Карымская - Забайкальск. М.: Трансэлектропроект, 2005. - 53 с.

20. Петров Е.Б. Электрические подстанции. М.: Издательство «Маршрут», 2004 - 245 с.

21. Клочкова Е.Б. Охрана труда на железнодорожном транспорте. М.: Издательство «Маршрут», 2008. - 411 с.

Размещено на Allbest.ru