Проектирование системы электроснабжения предприятия

В промышленных электрических сетях применяются комплектные трансформаторные подстанции:

· для внутренней установки - КТП промышленного типа;

· для наружной установки - КТП промышленного типа в модульном здании, КТП модульного типа; КТП в бетонной оболочке КТП городского типа и др.

На заводе устанавливается 11 цеховых подстанций с напряжением 6/0,4 кВ. Число трансформаторов определяется категорией надёжности.

В ЦТП №1, 2, 4, 5, 6 и 10 находятся потребители 1 категорий.

В ЦТП №3, 7, 8, 9, и 11 потребители 2 категорий.

Потребителей 3 категории нет.

Следовательно, для всех цехов необходима установка на подстанциях не менее двух трансформаторов.

Определяем расчетную мощность трансформатора для подстанции №4 с учётом 40% перегрузки. При отключении одного трансформаторов, оставшийся в работе должен обеспечивать потребителей, перегружаясь не более чем 40%, что допустимо в течение 5 суток не более чем 6 часов в сутки.

Для электрофизического корпуса:

Выбираем два трансформатора типа ТМЗ-630/6.

Коэффициент загрузки в аварийном режиме:

K_з - не допустимый.

Поэтому выберем три трансформатора типа ТМЗ-400/6.

Коэффициент загрузки в аварийном режиме:

K_з - допустимый.

Таблица 2.9. Выбор цеховых трансформаторов

№ТП	Категория	Кол-во тр-ров	Sм, кВА	Sрасч, кВА	Sном, кВА	Кз	Тип
1	1	2	1311,87	937,05	1000	1,31	ТМЗ-1000/6
2	1	2	1375,32	982,37	1000	1,38	ТМЗ-1000/6
3	2	2	299,27	213,77	250	1,20	ТМЗ-250/6
4	1	3	938,47	670,34	400	1,17	ТМЗ-400/6
5	1	2	1947,04	1390,74	1600	1,22	ТМЗ-1600/6
6	1	2	533,16	380,83	400	1,33	ТМЗ-400/6
7	2	2	1602,88	1144,91	1600	1,00	ТМЗ-1600/6
8	2	2	523,29	373,78	400	1,31	ТМЗ-400/6
9	2	2	264,87	189,19	250	1,06	ТМЗ-250/6
10	1	2	1795,63	1282,59	1600	1,12	ТМЗ-1600/6
11	2	2	1049,49	749,64	1000	1,05	ТМЗ-1000/6

Таблица 2.10. Технические данные цеховых трансформаторов

Тип	Sн, кВА	Uвн, кВ	Uнн, кВ	?Pкз, кВт	?Pхх, кВт	Uкз, %	Iхх, %
ТМЗ-250/6	250	6	0,4	3,70	0,74	4,5	2,3
ТМЗ-400/6	400	6	0,4	5,50	0,95	4,5	2,1
ТМЗ-1000/6	1000	6	0,4	10,80	1,90	5,5	1,2
ТМЗ-1600/6	1600	6	0,4	16,50	2,65	6,0	1,0

2.6.3 Выбор сечения и марки проводников системы распределения

Выбираем кабель по экономической плотности тока и проверяем по нагреву в аварийном режиме. Тип кабеля - АСБ.

Для насосной станции рассчитаем ток:



Определяем ток в одном кабеле:

Определим экономическое сечение:

где J_э =1,4 (А/мм²) - экономическая плотность тока, [].

Стандартное сечение будет F_ст =120 мм²

При проверке на нагрев считаем, что один кабель отключен и весь ток протекает по одному кабелю

I_доп =260 А < I_расч =393,09 А

Этот кабель по нагреву не проходит.

Выбираем кабель -

При проверке на нагрев считаем, что один кабель отключен и весь ток протекает по оставшимся в работе двум кабелям.

I_доп =450 А > I_расч =393,1 А

что удовлетворяет условиям нагрева.

Для остальных подстанции расчет выполняется аналогично. Результаты заносятся в таблицу.

Таблица 2.11. Расчет кабелей

№ТП	Sрасч, кВА	Iрасч, А	n	I'расч, А	jэ	Fэ, мм2	Fст, мм2	Iдоп, А	Марка кабеля
1	3801,54	365,80	2	182,90	1,4	130,64	240	390	2хАСБ-3х50
2	1375,32	132,34	2	66,17	1,4	47,26	50	155	2хАСБ-3х50
3	299,27	28,80	2	14,40	1,4	10,28	10	60	2хАСБ-3х10
4	938,47	90,30	2	45,15	1,4	32,25	25	105	2хАСБ-3х25
5	3913,78	376,60	2	188,30	1,4	134,50	240	390	2хАСБ-3х70
6	1810,43	174,21	2	87,10	1,4	62,22	70	190	2xАСБ-3х16
7	1602,88	154,24	2	77,12	1,4	55,08	50	155	2хАСБ-3х50
8	4085,25	393,10	2	196,55	1,4	140,39	95	225	4xАСБ-3х95
9	264,87	25,49	2	12,74	1,4	9,10	10	60	2хАСБ-3х10
10	2927,31	281,68	2	140,84	1,4	100,60	150	300	2хАСБ-3х70
11	1049,49	100,99	2	50,49	1,4	36,07	35	125	2хАСБ-3х35

2.6.4 Выбор комплектных трансформаторных подстанции (КТП)

КТП промышленного типа выпускаются в соответствии с ГОСТ 14695-80 мощностью 250; 400; 1000; 1600 кВА с одним и двумя трансформаторами внутренней установки. Номинальное напряжение на стороне ВН - 6 кВ, номинальное напряжение на стороне НН - 0,4 кВ. Подстанции выпускаются с масляными трансформаторами с нормальной изоляцией, с сухими трансформаторами и трансформаторами, заполненными негорючим жидким диэлектриком - с облегченной изоляцией. Конструкция и исполнение КТП позволяют устанавливать их в производственных цехах без ограждений или с простейшими сетчатыми ограждениями. КТП в модульных зданиях устанавливаются на открытом воздухе.

КТП выпускаются с одним и двумя трансформаторами. Возможно однорядное, двухрядное или на разных уровнях расположение двухтрансформаторных КТП.

КТП состоит из: УВН, силового трансформатора, РУНН, соединительных элементов высокого и низкого напряжений, шинопровода (при двухрядном расположении КТП).

Устройство со стороны высшего напряжения подстанции выполняется без сборных шин в виде высоковольтного шкафа или кожуха с кабельным вводом. Как правило, предприятия-изготовители предлагают несколько вариантов схем УВН. Выбор той или иной схемы определяется конкретными условиями проектирования.

На КТП устанавливаются специальные силовые трансформаторы типа ТМЗ и ТМФ имеющие баки повышенной прочности, боковые выводы, защищенные от прикосновения, с расширителями для масла (ТМФ) и без них (ТМЗ).

Комплектные трансформаторные подстанции Хмельницкого трансформаторного завода КТП-250…1600/6/0,4 УЗ применяются в системах электроснабжения промышленных предприятий в районах с умеренным климатом (от минус 40 до плюс 40 ^оС для КТП с масляными трансформаторами; от плюс 1 до плюс 40°С для КТП с сухими трансформаторами).

УВН может быть выполнено в виде шкафа:

* глухого присоединения (короба для кабельного ввода);

* с выключателем нагрузки ВНП с дистанционным отключением;

* с выключателем нагрузки ВНПР с ручным приводом;

* с вакуумным выключателем BB/TEL с МТЗ.

На КТП устанавливается силовой трансформатор типа ТМЗ исполнения У1. Схема и группа соединения обмоток: для масляного трансформатора Y/Y_H-0 или Д/Y-l 1.

Однотрансформаторные КТП выпускаются левого и правого исполнения, двухтрансформаторные - однорядного или двухрядного исполнения.

Комплектные трансформаторные подстанции 6/0,4 кВ ОАО «Самарский завод «Электрощит»» выпускаются с масляными и сухими трансформаторами. С глухозаземленной и изолированной нейтралью на стороне НН. Климатическое исполнение и категория размещения: УЗ; ТЗ (У1; Т1 - для УВН и шинного моста, по специальному заказу - ТВЗ). Расположение подстанции может быть однорядным, двухрядным, на разных уровнях. Вся номенклатура применяемого оборудования - отечественная.

Ввод КТП со стороны ВН осуществляется непосредственным подключением сверху или снизу высоковольтного кабеля от питающей сети 10 (6) кВ через выключатель нагрузки, размещаемый в шкафу УВН. В РУНН КТП применяется схема с одной системой сборных шин, секционированная с помощью автоматического выключателя.

В УВН (шкаф УВН-СТ) установлены выключатель нагрузки, плавкий предохранитель и заземляющий разъединитель.

На подстанции могут быть установлены силовые трансформаторы ТМФ мощностью 250 - 400 кВА, ТМЗ мощностью 1000-1600 кВА.

РУНН состоит из одной, двух или более транспортных групп, каждая группа состоит из нескольких шкафов РУНН. Шкаф разделен на следующие отсеки: отсек выключателей; релейный отсек с аппаратурой управления; отсек автоматики и учета электроэнергии; отсек шин и кабелей, где размещены сборные шины, шинные ответвления для кабельных и шинных присоединений и трансформаторы тока.

КТП могут устанавливаться в блочно-модульном здании (БРИ КТП), где поддерживаются условия, соответствующие условиям эксплуатации КТП. БМ КТП выпускаются в климатическом исполнении УХЛ1 по ГОСТ 15150 и представляют собой один или несколько блок-модулей, установленных на фундаменты с полностью смонтированными в пределах блока электрическими соединениями. Пример компоновки КТП в блочно-модульном здании представлен на рис.

Таблица 2.12. Выбор типов КТП

№ТП	Тип установки	Марка	Мощность трансформатора, кВА	Тип трансформатора
1	БМЗ	2хКТП-1000-6/0,4	2х1000	ТМЗ - 1000/6
2	ВУ	2хКТП-1000-6/0,4	2х1000	ТМЗ - 1000/6
3	ВУ	2хКТП-250-6/0,4	2х250	ТМЗ - 250/6
4	ВУ	2хКТП-400-6/0,4	2х400	ТМЗ - 400/6
5	БМЗ	2хКТП-1600-6/0,4	2х1600	ТМЗ - 1600/6
6	БМЗ	2хКТП-400-6/0,4	2х400	ТМФ - 400/6
7	ВУ	2хКТП-1600-6/0,4	2х1600	ТМЗ - 1600/6
8	БМЗ	2хКТП-400-6/0,4	3х400	ТМФ - 400/6
9	ВУ	2хКТП-250-6/0,4	2х250	ТМЗ - 250/6
10	БМЗ	2хКТП-1600-6/0,4	2х1600	ТМЗ - 1600/6
11	ВУ	2хКТП-1000-6/0,4	2х1000	ТМЗ - 1000/6

2.7 Расчет токов короткого замыкания

нагрузка электрический мощность завод

Расчет токов КЗ зависит от требований к точности и назначения, а также от исходных данных. В общем случае токи КЗ определяются переходными процессами в электрических цепях, которые рассматриваются при изучении теоретических основ электротехники. Возможность задавать однозначные исходные данные и необходимость обеспечить безопасность при работе элементов электрической сети и сети в целом позволяют проводить расчеты токов КЗ на основе жестких допущений и формул первой научной картины мира. Расчет токов КЗ в электрических сетях промышленных предприятий несколько отличается от расчетов КЗ для электрических сетей и систем, так как можно не учитывать турбо- и гидрогенераторы электростанций, подпитку от нескольких источников питания, работу разветвленных сложных кольцевых схем, свойства дальних ЛЭП, действительные коэффициенты трансформации.

Для электроустановок напряжением выше 1 кВ учитывают индуктивные сопротивления электрических машин, силовых трансформаторов и автотрансформаторов, реакторов, воздушных и кабельных линий, токопроводов. Активное сопротивление следует учитывать только для воздушных линий с проводами малых площадей сечений и стальными проводами, а также для протяженных кабельных сетей малых сечений с большим активным сопротивлением.

Расчетная схема для определения токов КЗ представляет собой схему в однолинейном исполнении, в которую введены генераторы, компенсаторы, синхронные и асинхронные электродвигатели, оказывающие влияние на ток КЗ, а также элементы системы электроснабжения (линии, трансформаторы, реакторы), связывающие источники электроэнергии с местом КЗ. При составлении расчетной схемы для выбора электрических аппаратов и проводников и определения при этом токов КЗ следует исходить из предусматриваемых для данной электроустановки условий длительной ее работы. При этом не нужно учитывать кратковременные видоизменения схемы этой электроустановки, например при переключениях. Ремонтные и послеаварийные режимы работы электроустановки к кратковременным изменениям схемы не относят. Кроме того, расчетная схема должна учитывать перспективу развития внешних сетей и генерирующих источников, с которыми электрически связывается рассматриваемая установка (не менее чем на 5 лет от запланированного срока ввода в эксплуатацию).

По расчетной схеме составляют схему замещения, в которой трансформаторные связи заменяют электрическими. Элементы системы электроснабжения, связывающие источники электроэнергии с местом КЗ, вводят в схему замещения как сопротивления, а источники энергии - как сопротивления и ЭДС. Сопротивления и ЭДС схемы замещения должны быть приведены к одной ступени напряжения (основная ступень). В практических расчетах за основную удобно принимать ступень, где определяются токи КЗ. Параметры элементов схемы замещения можно выражать в именованных или относительных единицах.

При составлении схемы замещения в относительных единицах значения ЭДС и сопротивлений схемы приводят в долях выбранных значений базовых величин. В качестве базовых величин принимают базовую мощность S_б (в расчетах обычно S_б = 100 MBA) и базовое напряжение U_б. Для основной ступени, для которой производится расчет токов КЗ, U_б = U_cp. При этом базовые токи и сопротивления на основной ступени определяют по выражениям:

и

В расчетных формулах для определения сопротивления элементов схемы в именованных и относительных единицах (Х_б.л, Х_б.т и т.д.) используют параметры расчетной схемы.

Расчет выполняем методом относительных базисных единиц

Исходные данные для расчета токов КЗ:

S_б = 3000 МВА - базисная мощность

Х^*_с = 0,8 - сопротивление системы

Определяем реактивные сопротивления каждого элемента схемы замещения, которая включает следующие элементы:

· Систему

Х^*₁ = Х^*_с = 0,8

· Линию связи

где Х^*_л - реактивное сопротивление линий в относительных единицах

х_о - погонное реактивное сопротивление линии,

l - длина питающей линий, км

· Трансформатор

где Х^*_т - реактивное сопротивление трансформатора в о.е.

ДU_кз - напряжение короткого замыкания, %

S_н - номинальная мощность трансформатора, МВА

Расчет тока короткого замыкания в точке К-1

Задаемся базисным напряжением для точки К-1: U_б = 115 кВ

Рассчитываем результирующее сопротивление для точки К-1

Х_рез = Х^*₁ + Х^*₁₉ = 0,8 + 4,91 = 5,71

Так как S_б = S_с, то расчетное сопротивление равно результирующему сопротивлению: Х_расч = Х_рез = 5,71

Так как Х_расч > 3, то ток КЗ рассчитываем по методике, принятой для систем с бесконечной мощностью.

Определяем базисный ток:

кА

Определяем ток КЗ в точке К-1:

кА

Амплитудное значение ударного тока в точке К-1:

где К_у = 1,8 - ударный коэффициент тока КЗ, при времени затухания апериодической составляющей тока КЗ: Т_а = 0,05с

Расчет тока короткого замыкания в точке К-2

Задаемся базисным напряжением для точки К-2:

U_б = 6,3 кВ

Рассчитываем результирующее сопротивление для точки К-2

Х_рез = Х^*₁ + Х^*₁₀ + Х^*₁₉ = 0,8 + 19,69 + 4,91 = 25,4

Так как S_б = S_с, то расчетное сопротивление равно результирующему сопротивлению: Х_расч = Х_рез = 25,4

Так как Х_расч > 3, то ток КЗ рассчитываем по методике, принятой для систем с бесконечной мощностью.

Определяем базисный ток:

Определяем ток КЗ в точке К-2:

Амплитудное значение ударного тока в точке К-1:

где К_у = 1,8 - ударный коэффициент тока КЗ, при времени затухания апериодической составляющей тока КЗ: Т_а = 0,05 с.

2.8 Выбор и проверка элементов СЭС

Электрические аппараты, изоляторы и токоведущие устройства работают в трех основных режимах: в длительном режиме, в режиме перегрузки и в режиме короткого замыкания.

В длительном режиме надежная работа аппаратов и других устройств электрических установок обеспечивается ограничением значения и длительности повышения напряжения или тока в таких пределах, при которых гарантируется нормальная работа электрических установок за счет запаса прочности.

В режиме короткого замыкания надежная работа аппаратов, изоляторов и токоведущих устройств обеспечивается соответствием выбранных параметров устройств по условиям термической и электродинамической стойкости. Для выключателей, предохранителей и выключателей нагрузки добавляется условие выбора по отключающей способности.

При выборе аппаратов и параметров токоведущих частей следует обязательно учитывать род установки, температуру окружающей среды, влажность и загрязненность её и высоту установки аппаратов над уровнем моря.

2.8.1 Выбор аппаратов напряжением 110 кВ

Выбор электрических аппаратов необходимо производить в цепи всех присоединений.

Выбор рассмотрим на приеме аппаратов, установленных в цепи линии W₁ (выключателя Q₁, разъединителя SQ₁, трансформатора тока TA₁), а так же измерительного трансформатора напряжения TV₁, подключенного к сборным шинам 110 кВ.

Выбор выключателя

Выбор выключателя производят:

по номинальному напряжению кВ

по номинальному току

А

где S_м - полная мощность в цепи линии W₁ в предельно максимальном режиме.

Выбираем в РУ 110 кВ выключатель серии ВГП

Тип	UнQ, кВ	Umax, кВ	IнQ, А	Iно, кА	iпс, кА	Iпс, кА	iпв, кА	Iпв, кА	Iтс, кА	tтс, c	tов, c	tсв, c
ВГП - 110II-20/2500УХЛ1	110	126	2500	20	50	20	50	20	40	3	0,055	0,035

Проверка выключателя на термическую стойкость. В качестве расчетного тока для этой проверки принимают трехфазное К.З. Необходимо проверить выполнение условия . Рассчитаем допустимый тепловой импульс, определяемый по параметрам выключателя.

кА²·с

где I_тс - ток термической стойкости выключателя

t_тс - время термической стойкости

Определим максимальное время существования КЗ:

c

где t_{рз max} - максимальное время действия РЗ

Определим тепловой импульс тока КЗ:

 кА²·с

где I_кз - ток КЗ

t_отк - максимальное время существования КЗ

Т_а - время затухания апериодической составляющей тока КЗ

т.е. условие проверки на термическую стойкость выполнено.

Проверка выключателя на динамическую стойкость. Расчет производится при трехфазном КЗ:

i_пс = 50 кА > i_у = 6,72 кА

I_пс = 20 кА > I_кз = 2,64 кА

т.е. условие проверки выполнены.

Таблица 2.13

Параметры выключателя	Соотношение	Расчетные величины для выбора выключателя
Uн = 110 кВ	=	Uн = 110 кВ
Iн = 2500 А	>	Iраб.фарс. = 115,82 А
Вт доп = 4800 кА2·с	>	Вт расч = 1,43 кА2·с
i пс = 50 кА	>	iу = 6,72 кА
Iпс = 20 кА	>	Iкз = 2,64 кА

Выбор разъединителя в цепи линии W₁

Разъединитель выбирается по номинальному току, номинальному напряжению, конструкции и по роду установки, а проверяют на динамическую и термическую стойкость в режиме КЗ.

Так как разъединитель стоит в одной цепи с выключателем, то расчетные величины для него те же, что и для выключателя.



Тип	Uн, кВ	Iн, А	i пс, кА	Iтс, кА	tтс, с
РНДЗ-2-110/1000 У1	110	1000	80	31,5	4

Рассчитаем допустимый тепловой импульс, определяемый по параметрам разъединителя

кА²·с

Номинальные параметры, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними приведены в таблице

Таблица 2.14

Параметры разъединителя	Соотношение	Расчетные величины для выбора разъединителя
Uн = 110 кВ	=	Uн = 110 кВ
Iн = 1000 А	>	Iраб.фарс. = 115,82 А
Вт доп = 3969 кА2·с	>	Вт расч = 1,43 кА2·с
i пс = 50 кА	>	iу = 6,72 кА

Выбор трансформатора тока в цепи линии W₁

Трансформатор тока выбирают по номинальному напряжению, току и классу точности. В режиме КЗ проверяют на электродинамическую и термическую стойкость. Так как трансформатор тока стоит в одной цепи с выключателем, то расчетные величины для него такие же, что и для выключателя.

Выбираем в РУ 110 кВ трансформатор тока типа ТФЗМ-110-Б1-У1

Тип	Uн, кВ	I1н, А	I2н, А	Варианты исполнения вторичных обмоток	Номинальная нагрузка в классе 0,5, Ом
ТФЗМ-110-Б1У1	110	150	5	0,5/10Р/10Р	1,2

Рассмотрим подробнее выбор трансформатора по классу точности.

Выполнение этого условия сводится к выбору сечения контрольного кабеля, соединяющего трансформатор с подключенными к нему приборами.

Допустимое сечение кабеля определим по формуле:

где - номинальная вторичная нагрузка

- сопротивление приборов, подключенных к трансформатору

S_пр - мощность всех приборов в наиболее нагруженной фазе

r_к - сопротивление контактных соединений [2]

l_расч - расчетная длина контрольного кабеля [2]

с - удельное сопротивление жил контрольного кабеля (для алюминия )

Для определения мощности, потребляемой приборами в цепи трансформатора тока, необходимо определить потребляемую каждым прибором мощность [2]. Результаты занесем в таблицу.

Таблица 2.15

№	Прибор	Тип прибора	Нагрузка фазы, В•А
			А	В	С
1	Амперметр	Э-335	0,5	-	-
2	Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
3	Варметр	Д-335	0,5	-	0,5
4	Счетчик активной энергии	СА3-И681	2,5	2,5	-
5	Счетчик реактивной энергии	СР4-И676	-	2,5	2,5
Sпр, В·А	4	5	3,5

На основании данных полученных из таблицы определим допустимое сечение кабеля.

Сопротивление приборов, подключенных к трансформатору равно:

Ом

мм²

Примем к установке кабель АКВВГ с алюминиевыми жилами сечением 4 мм². Определим сопротивление выбранного кабеля:

Определим вторичное расчетное сопротивление:

Из сравнения видно, что условие проверки по классу точности выполняется.

Номинальные параметры трансформатора, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними сведем в таблицу

Таблица 2.16

Параметры ТТ	Соотношение	Расчетные величины для выбора ТТ
Uн = 110 кВ	=	Uн = 110 кВ
Iн = 150 А	>	Iраб.фарс. = 115,82 А
Вт доп = 108 кА2·с	>	Вт расч = 1,43 кА2·с
i дин = 30 кА	>	iу = 6,72 кА
Z2н = 1,2 Ом	>	Z2расч = 0,89 Ом

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет условиям выбора и проверки в данной цепи.

Выбор трансформатора напряжения в ОРУ - 110 кВ

Трансформатор напряжения выбирают по напряжению, конструкции и схеме соединений обмоток.

Проверку работы ТН в классе точности производится по его суммарной нагрузке, которая определяется подключаемыми приборами. ТН в ОРУ 110 кВ питает обмотки напряжения приборов, сборных шин, линий.

Определим набор приборов для каждой группы присоединений [2]. Подсчет мощности произведем отдельно по активной и реактивной составляющим. При этом учтем, что cosц обмоток приборов, кроме счетчиков, равен единице. У счетчиков активной и реактивной энергии cosц=0,38, а sinц=0,93

Составим таблицу для подсчета мощности.

Таблица 2.17

№	Место установки и перечень приборов	Число присое-динений	Тип прибора	Sн.обм, В•А	Число обмоток	cosц	sinц	Общее число приборов	Р, Вт	Q, вар
ЛЭП
1	Ваттметр	2	Д-335	1,5	2	1	0	2	6	-
	Варметр		Д-335	1,5	2	1	0	2	6	-
	ФИП			3	1	1	0		6	-
	Счетчик активной энергии		СА4-И681	2	2	0,38	0,93	2	3	7,4
	Счетчик реактивной энергии		СР4-И676	3	2	0,38	0,93	2	4,6	11,1
Сборные шины
2	Вольтметр	1	Э-335	2	1	1	0	1	2	-
	Вольтметр регистрирующий		Н-393	10	1	1	0	1	10	-
	Ваттметр регистрирующий		Н-395	10	1	1	0	1	10	-
	Частотомер регистрирующий		Н-397	7	1	1	0	1	7	-
	Осциллограф			10	1	1	0	1	10	-
Итого	64,6	18,5

Определим полную суммарную потребляемую мощность:

Примем к установке три однофазных трехобмоточных трансформатора напряжения типа НКФ-110-58У1 с номинальной мощностью в классе

соединенные в группу

т.е. условие проверки по классу точности выполняется.

Тип	Uн, кВ	U1н, В	U2н, В	Схема соединения	Номинальная мощность в классе 0,5, В•А
3ЧНКФ-110-58 У1	110	63584	58	1/1/1-0-0	400

Для соединения трансформаторов напряжения с приборами принимаем контрольный кабель АКВВГ с сечением жил 2,5мм² по условию механической прочности.

Выбор сборных шин 110 кВ

Так как сборные шины по экономической плотности тока не выбираются, принимаем сечение по допустимому току при максимальной нагрузке на шинах, равной току наиболее мощного присоединения, в данном случае мощности нагрузки:

Учитывая, что сборные шины будут расположены в РУ открытого типа, выбираем по справочнику для каждой фазы шин сталеалюминевые провода АС. В соответствии с ПУЭ минимально допустимое сечение для напряжения 110 кВ АС - 70 с допустимым током 265 А.

Проверка на термическую стойкость при КЗ.

Проверка производится при трехфазном КЗ и заключается в сравнении температуры проводов в момент отключения КЗ и допустимой температуры для сталеалюминевых проводов это 200.

Для вычисления предварительно определим начальную температуру проводов:

где - температура воздуха,

- нормированная температура воздуха,

- допустимая температура проводов в длительном режиме,

- рабочий ток нормального режима

I_доп - допустимый длительный ток, А

Зная и материал провода по кривым для определения температуры нагрева проводников [] определяем начальное значение удельного теплового импульса:

Конечное значение удельного теплового импульса определим по выражению

где F = 68 мм² - сечение провода

Зная Ак, по той же кривой определим конечную температуру

таким образом, провода сборных шин РУ - 110 кВ удовлетворяют условию проверки по термической стойкости.

Проверка проводов фаз сборных шин РУ - 110 кВ на схлестывание. Так как в нашем примере ток КЗ на шинах меньше 20 кА, то необходимость проверки на схлестывание нет.

Проверка по условию коронного разряда. В нашем случае эта проверка не производится, т.к. сечение выбранных проводов сборных шин больше минимального допустимого по условию короны.

Выбор ограничителей перенапряжения на 110 кВ

Ограничители перенапряжений являются основным средством ограничения атмосферных перенапряжений.

Выбор ограничителей перенапряжения производится в соответствии с номинальным напряжением защищаемого оборудования, уровнем электрической прочности его изоляции и наибольшей возможной величиной напряжения частотой 50Гц между проводом и землёй в месте присоединения ограничителя перенапряжений к сети.

Выбираем ограничитель перенапряжения типа ОПН -110/86/10/2-III УХЛ1.

2.8.2 Выбор аппаратов напряжением 6 кВ

Выбор выключателей на стороне НН.

Так как РУНН принято внутреннего исполнения, будем устанавливать перспективные ячейки серии К-61 с выкатными тележками с параметрами U_ном = 6 кВ, I_ном = 3150 А, I_н.отк = 40 кА, I_дин = 128 кА, тип выключателей EVOLIS - 6.

Выбор выключателя для ячеек ввода и секционных выключателей производят:

по номинальному напряжению

по номинальному току

где S_н.тр - номинальная мощность трансформатора ГПП.

Выбираем малогабаритные ячейки серии «К» с выкатными тележками типа К-61 с вакуумными выключателями EVOLIS 7P3-7,2-40/2500.

Тип	UнQ, кВ	Umax, кВ	IнQ, А	Iно, кА	iпс, кА	Iпс, кА	iпв, кА	Iпв, кА	Iтс, кА	tтс, c	tов, c	tсв, c
EVOLIS 7P3-7,2-40/2500	6	7,2	2500	40	102	40	102	40	40	3	0,06	0,05

Проверка выключателя на термическую стойкость. В качестве расчетного тока для этой проверки принимают трехфазное К.З в точке К-2. Необходимо проверить выполнение условия . Рассчитаем допустимый тепловой импульс, определяемый по параметрам выключателя.

кА²·с

где I_тс - ток термической стойкости выключателя

t_тс - время термической стойкости

Определим максимальное время существования КЗ:

c

где t_{рз max} - максимальное время действия РЗ

Определим тепловой импульс тока КЗ:

где I_кз - ток КЗ в точке К-2

t_отк - максимальное время существования КЗ

Т_а - время затухания апериодической составляющей тока КЗ

т.е. условие проверки на термическую стойкость выполнено.

Проверка выключателя на динамическую стойкость. Расчет производится при трехфазном КЗ:

i_пс = 102 кА > i_у = 27,54 кА

I_пс = 40 кА > I_кз = 10,82 кА

т.е. условие проверки выполнены.

Выбор выключателя для отходящих линий производят:

по номинальному напряжению

по номинальному току

где S_м.пр - максимальная мощность из всех присоединений.

Выбираем малогабаритные ячейки серии «К» с выкатными тележками типа К-61 с вакуумными выключателями EVOLIS 7P3-7,2-40/630.

Тип	UнQ, кВ	Umax, кВ	IнQ, А	Iно, кА	iпс, кА	Iпс, кА	iпв, кА	Iпв, кА	Iтс, кА	tтс, c	tов, c	tсв, c
EVOLIS 7P3-7,2-40/630	6	7,2	630	40	102	40	102	40	40	3	0,06	0,05

Проверка выключателя на термическую стойкость. В качестве расчетного тока для этой проверки принимают трехфазное К.З в точке К-2. Необходимо проверить выполнение условия . Рассчитаем допустимый тепловой импульс, определяемый по параметрам выключателя.

кА²·с

где I_тс - ток термической стойкости выключателя

t_тс - время термической стойкости

Определим максимальное время существования КЗ:

 c

где t_{рз max} - максимальное время действия РЗ

Определим тепловой импульс тока КЗ:

где I_кз - ток КЗ в точке К-2

t_отк - максимальное время существования КЗ

Т_а - время затухания апериодической составляющей тока КЗ

т.е. условие проверки на термическую стойкость выполнено.

Проверка выключателя на динамическую стойкость. Расчет производится при трехфазном КЗ:

i_пс = 102 кА > i_у = 27,54 кА

I_пс = 40 кА > I_кз = 10,82 кА

т.е. условие проверки выполнены.

Параметры выключателей и соответствующие расчетные величины сведем в таблиц

Таблица 2.18

Расчетные величины	Соотношение	Каталожные данные выключателя для ячеек ввода и секционных выключателей EVOLIS 7P3-7,2-40/2500	Каталожные данные выключателя для ячеек ввода и секционных выключателей EVOLIS 7P3-7,2-40/630
Uн = 6 кВ	=	Uн = 6 кВ	Uн = 6 кВ
Iм = 2500 А Iм = 630 А	> >	Iн = 2500 А -	- Iн = 630 А
Вт расч = 6,01кА2·с	>	Вт расч = 4800 кА2·с	Вт расч = 4800 кА2·с
i у = 27,54 кА	>	iпс = 102 кА	iпс = 102 кА
Iкз = 10,82 кА	>	Iпс = 40 кА	Iпс = 40 кА

Расчётные величины меньше паспортных данных выключателей, поэтому выбираем выключатели этого типа.

Выбор трансформатора тока

Трансформатор тока выбирают по номинальному напряжению, току и классу точности. В режиме КЗ проверяют на электродинамическую и термическую стойкость. Так как трансформатор тока стоит в одной цепи с выключателем, то расчетные величины для него такие же, что и для выключателя.

Выбираем в РУ 6 кВ трансформатор тока типа ТФЗМ-110-Б1-У1

Тип	Uн, кВ	I1н, А	I2н, А	Варианты исполнения вторичных обмоток	Номинальная нагрузка в классе 0,5, Ом
ТЛ-10-II	10	3000	5	0,5/10Р/10Р	0,8

Рассмотрим подробнее выбор трансформатора по классу точности.

Выполнение этого условия сводится к выбору сечения контрольного кабеля, соединяющего трансформатор с подключенными к нему приборами.

Допустимое сечение кабеля определим по формуле:

где - номинальная вторичная нагрузка

- сопротивление приборов, подключенных к трансформатору

S_пр - мощность всех приборов в наиболее нагруженной фазе

r_к - сопротивление контактных соединений [2]

l_расч - расчетная длина контрольного кабеля [2]

с - удельное сопротивление жил контрольного кабеля (для алюминия )

Для определения мощности, потребляемой приборами в цепи трансформатора тока, необходимо определить потребляемую каждым прибором мощность [2]. Результаты занесем в таблицу

Таблица 2.19

№	Прибор	Тип прибора	Нагрузка фазы, В•А
			А	В	С
1	Амперметр	Э-335	0,5	-	-
2	Ваттметр	Д-335	0,5	-	0,5
3	Варметр	Д-335	0,5	-	0,5
4	Счетчик активной энергии	СА3-И681	2,5	2,5	-
5	Счетчик реактивной энергии	СР4-И676	-	2,5	2,5
Sпр, В·А	4	5	3,5

На основании данных полученных из таблицы определим допустимое сечение кабеля.

Сопротивление приборов, подключенных к трансформатору равно:

Ом

Примем к установке кабель АКВВГ с алюминиевыми жилами сечением 6 мм². Определим сопротивление выбранного кабеля:

Определим вторичное расчетное сопротивление:

Из сравнения видно, что условие проверки по классу точности выполняется.

Номинальные параметры трансформатора, расчетные величины в его цепи и соотношения между ними сведем в таблицу

Таблица 2.20

Параметры ТЛ-10-II	Соотношение	Расчетные величины для выбора ТТ
Uн = 10 кВ	>	Uн = 6 кВ
Iн = 3000 А	>	Iраб.фарс. = 2155 А
Вт доп = 4800 кА2·с	>	Вт расч = 6,01 кА2·с
i дин = 128 кА	>	iу = 27,54 кА
Z2н = 0,8 Ом	>	Z2расч = 0,69 Ом

Таким образом, выбранный трансформатор удовлетворяет условиям выбора и проверки в данной цепи.

Выбор трансформатора напряжения в КРУ - 6 кВ

Трансформатор напряжения выбирают по напряжению, конструкции и схеме соединений обмоток.

Проверку работы ТН в классе точности производится по его суммарной нагрузке, которая определяется подключаемыми приборами.

Определим набор приборов для каждой группы присоединений [2]. Подсчет мощности произведем отдельно по активной и реактивной составляющим. При этом учтем, что cosц обмоток приборов, кроме счетчиков, равен единице. У счетчиков активной и реактивной энергии cosц=0,38, а sinц=0,93

Составим таблицу для подсчета мощности.

Таблица 2.21

№	Место установки и перечень приборов	Число присоединений	Тип прибора	Sн обм, В•А	Число обмоток	cosц	sinц	Общее число приборов	Р, Вт	Q, кВар
ЛЭП
1	Ваттметр	2	Д-335	1,5	2	1	0	2	6	-
	Варметр		Д-335	1,5	2	1	0	2	6	-
	ФИП			3	1	1	0		6	-
	Сч.акт. энергии		СА4-И681	2	2	0,38	0,93	2	3	7,4
	Сч.реакт. энергии		СР4-И676	3	2	0,38	0,93	2	4,6	11,1
Сборные шины
2	Вольтметр	1	Э-335	2	1	1	0	1	2	-
	Вольтметр для измерения междуфазного напряжения		Н-393	10	1	1	0	1	10	-
Итого	37,6	18,5

Определим полную суммарную потребляемую мощность:



Примем к установке три однофазных трехобмоточных трансформатора напряжения типа НТМИ-6-66 У3 с номинальной мощностью в классе

соединенные в группу

Тип	Uн, кВ	U1н, В	U2н, В	Схема соединения	Номинальная мощность в классе 0,5, В•А
НТМИ-6-66 У3	10	3000	100	Y0/Y0/?-0	50

т.е. условие проверки по классу точности выполняется.

Для соединения трансформаторов напряжения с приборами принимаем контрольный кабель АКВВГ с сечением жил 2,5мм² по условию механической прочности.

Выбор трансформаторов собственных нужд

Питание потребителей собственных нужд может быть индивидуальное, групповое, смешанное. В настоящее время широко применяют смешанное питание, когда наиболее ответственные потребители подключаются непосредственно к шинам источников собственных нужд.

Расчет собственных нужд подстанции сводится к расчету мощности и выбору типа трансформатора собственных нужд. Расчетная максимальная мощность для питания приемников собственных нужд, приходящаяся на один трансформатор определяется суммой мощностей всех электроприемников, которые присоединены к данному трансформатору.

При приближенных расчетах мощность, расходуемая на собственные нужды подстанции, составляет приблизительно 1% от номинальной мощности силового трансформатора:

где S_сн - мощность собственных нужд подстанции

S_н - номинальная мощность силового трансформатора

Выберем трансформатор собственных нужд типа ТМ - 160/6/0,4. Технические данные трансформатора представим в таблице.

Таблица 2.22. Технические данные трансформатора собственных нужд

Тип трансформатора	n	Sн кВА	Uвн кВ	Uнн кВ	?Рхх кВт	?Ркз кВт	Uкз %	Iхх %
ТМ - 160/6	2	160	6	0,4	0,46	2,65	4,5	2,4

Выбор ограничителей перенапряжения на 6 кВ

Ограничители перенапряжений являются основным средством ограничения атмосферных перенапряжений.

Выбор ограничителей перенапряжения производится в соответствии с номинальным напряжением защищаемого оборудования, уровнем электрической прочности его изоляции и наибольшей возможной величиной напряжения частотой 50Гц между проводом и землёй в месте присоединения ограничителя перенапряжений к сети.

Выбираем ограничитель перенапряжения типа ОПН - 6/7,2/10/1-III УХЛ1.

2.8.3 Проверка КЛЭП на термическую стойкость

Выбранные ранее кабели необходимо проверить на термическую стойкость при КЗ. Термическая стойкость параллельно соединенных кабелей проверяется по току КЗ непосредственно за пучком кабелей. Сопротивление системы по расчетному току КЗ равно:

Проверим на термическую стойкость кабели ТП №1.

Определим сопротивление кабельной линий:

где - удельное активное сопротивление кабеля

l - длина кабеля, км

где - удельное индуктивное сопротивление кабеля

l - длина кабеля, км

Результирующее сопротивление за пучком кабелей:

Ом

Ток КЗ в конце линии будет равен:

Тепловой импульс от тока КЗ равен:

Минимальное сечение кабеля по термической стойкости равно:

где б = 85 - тепловой коэффициент для алюминиевых кабелей с бумажной изоляцией.

Так как минимальное сечение кабеля по термической стойкости меньше выбранного по экономической плотности, то оставляем сечение кабеля без изменения F = 240 мм².

Для остальных кабелей трансформаторных подстанции расчет производится аналогично. Результаты расчета по термической стойкости сводим в таблицу.

Таблица 2.23

№ТП	rо, Ом/км	хо, Ом/км	R, Ом	Х, Ом	L, км	Zрез, Ом	Iкзк, кА	Вт, кА2*с	Fмин, мм2	Марка кабеля
1	0,13	0,07	0,05	0,02	0,34	0,35	9,92	103,37	119,61	2хАСБ-3-240
2	0,63	0,08	0,22	0,03	0,36	0,37	9,40	92,85	113,36	2хАСБ-3-120
3	3,15	0,11	1,63	0,06	0,52	0,89	3,88	15,84	46,82	2хАСБ-3-50
4	1,26	0,09	0,26	0,02	0,21	0,37	9,37	92,22	112,98	2хАСБ-3-120
5	0,13	0,07	0,02	0,01	0,18	0,34	10,11	107,31	121,87	2хАСБ-3-240
6	0,45	0,08	0,17	0,03	0,37	0,36	9,61	97,00	115,87	2хАСБ-3-120
7	0,63	0,08	0,24	0,03	0,39	0,37	9,30	90,72	112,06	2хАСБ-3-120
8	0,33	0,08	0,09	0,02	0,27	0,34	10,05	106,15	121,21	3хАСБ-3-150
9	3,15	0,11	0,62	0,02	0,20	0,46	7,46	58,50	89,99	2хАСБ-3-95
10	0,21	0,07	0,07	0,02	0,33	0,35	9,90	102,84	119,31	2хАСБ-3-150
11	0,90	0,09	0,48	0,05	0,54	0,43	8,00	67,13	96,40	2хАСБ-3-120

Список литературы

1. Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 608 с.

2. Пособие к курсовому и дипломному проектированию для электроэнергетических специальностей вузов: Учеб. пособие для студентов электроэнергет. спец. вузов, 2-е изд., перераб. и доп./ В.М. Блок, Г.К. Обушев, Л.Б. Паперно и др.; Под ред. В.М. Блок. - М.: Высш. шк., 1990. - 383 с.

3. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.1. Электроснабжение / Под общ. Ред. А.А. Федорова. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 568 с.

4. Справочник по проектированию электроэнергетических систем/ В.В. Ершевич, А.Н. Зейлигер, Г.А. Илларионов и др.; Под ред. С.С. Рокотяна и И.М. Шапиро. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энерго-атомиздат, 1985. - 352 с.

5. Справочник по электроснабжению и электрооборудованию: В 2 т. Т.2. Электрооборудование / Под общ. Ред. А.А. Федорова. - М.: Энергоатом-издат, 1987. - 592 с.

6. Федоров А.А., Каменева В.В. Основы электроснабжения промышленных предприятий: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Энерго-атомиздат, 1984. - 472 с.

7. Федоров А.А., Старкова Л.Е. Учебное пособие для курсового и дипломного проектирования по электроснабжению промышленных предприятий: Учеб. пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 368 с.

8. ФедоровА.А., Сербиновский Г.В. - Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. Промышленные электрические сети. Москва «Энергия» 1980 г. 576 стр.

9. Голоднов Ю.М., Самозапуск электродвигателей, Москва Энергоатомиздат 1985 г. 135 стр.

10. Сыромятников И.А., Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. Москва Энергоатомиздат 1984 г. 243 стр.

11. Ополева Г.Н., Схемы и подстанции электроснабжения. Справочник. Москва Форум-Инфра 2006 г.

12. Кудрин Б.И., Электроснабжение промышленных предприятий. Москва «Интермет Инжиниринг» 2006 г. 669 стр.

Размещено на Allbest.ru