Разработка закрытой двухтрансформаторной подстанции тупикового типа

1.3.6 Трансформаторы напряжения

Трансформаторы напряжения используются в наружных и внутренних электроустановках напряжением от 0,4 до 1250 кВ. Они предназначены для включения катушек напряжений и аппаратов защиты, измерения и контроля напряжения, расширение пределов измерения приборов, а также для отделения цепей измерительных приборов и аппаратов защиты от сети высокого напряжения.

К вторичной обмотке трансформатора напряжения подключается параллельно вольтметр. Конструкция ТН. такова, что напряжение на вторичной обмотке U=const (100В). В редких случаях, напряжение на вторичной обмотке может быть U=(100/1,71)В.

Наличие в главной схеме трансформаторной подстанции измерительных трансформаторов обеспечивает высокую надёжность работы подстанции и является экономически выгодным, т.к. материальные затраты на их обслуживание является небольшими.

1.3.7 Силовые трансформаторы

Силовые трансформаторы – это электростатические устройства, предназначенные для трансформации напряжения при неизменной частоте сети, имеющих 2 силовых обмотки связывающихся между собой магнитной связью.

СТ устанавливаются, как правило, на электростанциях и распределительных подстанциях для обеспечения связей с энергосистемой и преобразование с целью электроснабжения потребителей.

В зависимости, от роли в энергосистеме, трансформаторы бывают:

ü    Повышающие;

ü    Понижающие.

Повышающие силовые трансформаторы применяются на электростанциях и повышающих электроподстанциях для передачи больших значений мощности на большие расстояния с небольшими потерями.

Понижающие силовые трансформаторы применяются на распределительных подстанциях для трансформации той мощности и энергии, которая была получена в результате выработки на ЭС и преобразована на повышающих подстанциях.

В основном, на станциях и подстанциях устанавливаются трехфазные трансформаторы. Они различаются по номинальному напряжения первичной обмотки (ВВ) и вторичной (НВ), в соотношении которых, находится коэффициент трансформации; числу фаз, мощности, исполнению.

По исполнению силовые тр-ры бывают – повышающие либо понижающие, с регулировкой коэффициента трансформации под нагрузкой или в её отсутствии; стержневые или броневые виды магнитопровода, расположению обмоток и т.д..

В большинстве случаев, трансформаторы изготавливаются 2-х обмоточные.

Но бывают СТ и 3-х обмоточные. Их применяют тогда, когда на подстанции выдачи мощности надо производить на 2-х напряжениях.

Такие обмотки называются – обмотки верхнего, нижнего и среднего напряжения.

Параметры трансформатора:

v    Полная мощность;

v    Частота сети;

v    Номинальное напряжение;

v    Номинальный ток;

v    Потери активной и реактивной мощности;

v    КПД

v    Напряжение короткого замыкания;

v    Ток холостого хода;

v    Потери на ХХ и КЗ.

Обмотки трансформатора различаются по классу нагревостойкости от А (105 гр.ц) до С (свыше 180 гр.ц).

По конструктивному исполнению и типу охлаждения СТ бывают – сухие либо масляные; с дутьём и принудительной циркуляцией масла, с масловодяным охлаждением и естественным.

Силовые трансформаторы являются определяющими элементами для определения вариантов главной схемы, исходя из экономических соображений.

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт и выбор силовых трансформаторов

Определим суммарную активную мощность всех потребителей:

P = P1 + P2 + P3 + P4 + P5 + P6 + P7 + P8 + P9 + P10 =  

15 + 20 + 60 + 8 + 16 + 14 + 20 + 16 + 12 + 10 = 191 кВт.

Рассчитаем суммарную реактивную нагрузку:

cos = 0,8 --- 36;

tg 36о= 0,72.

Q = P * tg = 191 * 0,72 = 136 кВар.

Суммарная полная мощность нагрузки равна:

Sp = sqrt( P2 + Q2 ) = sqrt( 1912 + 1362 ) = 235 кВт.

Sодного трансформ. = Sном / 2 = 235 / 2 = 117,5 кВт;

Выбираем 2 * 250 кВ*А трансформатора;

Sнт = 250 кВ*А;

Определим коэффициент загрузки трансформатора:

Кзагр  = Sнт  / 2 * Sp = 250 / 2 * 235 = 0,53;

Найдём аварийную перегрузку трансформатора:

Spa = 1,5 * Sнт = 250 * 1,5 = 375 кВ*А;

Spa  > Sp;

375 > 235 кВ*А – удовлетворяет условие;

Исходя из расчётных данных, выбираем 2 силовых трансформатора марки

ТМ 250/10 – Трансформатор силовой, 3-х фазный, 2-х обмоточный; с масляным охлаждением; номинальная мощность составляет 250 кВт; ВН – 10 кВ, НН – 0,4 кВ; Uк = 4,5% ; Iхх = 2,3% ; соединение обмоток: первичная – звезда, вторичная – звезда с заземлённой нейтралью; потери: на холостой ход – 740 Вт, на короткое замыкание – 3700 Вт. Выбор именно 2-х трансформаторной электрической подстанции связан с первой категорией электроснабжения электроприёмников. Номинальная мощность трансформатора составляет 250 кВ*А и взята с запасом на случай расширения данной ТП, и увеличения числа и мощности нагрузки потребителей.

2.2 Расчёт потерь и выбор токоведущих частей по стороне 0,4 кВ

Выбор сечения и марки кабеля для первого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L1 =  0,03 км;  r0  = 11,75 Ом/км -  S = 2,5 мм2 ;

P1 = 15 кВт;      x0 = 0  -  S = 2,5 мм2 ;

сos = 0,8;

Uн = 0,4 кВ.

I1 = P1  / (*cos) = 15 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 27,4 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке  земле. Ток плавления составит 141 А.

= = 27,4 * 0,03 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 3,5% ; U = 366 В;

Потери составляют 3,5% при допустимых 5% - Норма!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2  при прокладке в земле.

Выбор сечения и марки кабеля для второго потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L2 = 0,4 км;                                  r0 = 7,85 Ом/км – S = 4 мм2

P2 = 20 кВт;                                  x0 = 0  -  S = 4 мм2 ;

cos = 0,8;                                   r01 = 0,589 Ом * км – S = 50 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ.                                  x01 = 0,083 Ом * км  - S = 50 мм2 .

I2 = P2 / (*cos) = 20 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 36,6 А;

= 36,6 * 0,4 * (7,85 * 0,8) / 0,38 * 100% = 42,3%; U = 219,23 В;

Потери составляют 42,3%  при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ  с сечением жилы *50 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 3,8% при допустимых 5%. Ток плавления составит 201 А.

Выбор сечения и марки кабеля для третьего потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L3 = 0,6 км;                                  r0 = 1,17 Ом * км;

P3 = 60 кВт;                                  x0 = 0,091 Ом * км;

cos = 0,8;                                   r01 = 0,159 Ом * км;

Uн = 0,4 кВ.                                  x01 = 0,073 Ом * км;

I3 = P3 / (*cos) = 60 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 110 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы 3*25 мм2 при прокладке земле. Ток плавления составит 794 А.

=

110 * 0,6 * (1,17 * 0,8 + 0,091 * 0,8) / 0,38 * 100% = 31,2 %; U = 257,8 В.

Потери составляют 31,2% при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АСБГ с сечением жилы 3*50 мм2 при прокладке в земле.

Выбор сечения и марки кабеля для четвёртого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L4 = 0,03 км; r0 = 11,75 Ом * км; - S = 2,5 мм2 ;

P4 = 8 кВт;   x0 = 0 -  S = 2,5 мм2 ;

cos = 0,8;

Uн = 0,4 кВ.

I4 = P4 / (*cos) = 8 / (1,71 * 0,8 * 0,4 ) = 14,6 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2  при прокладке в земле. Ток плавления составляет 141 А.

= 14,6 * 0,03 * ( 11,75 * 0,8) = 2%; U = 372,3 В.

Потери составляют 2% при допустимых 5% - Норма!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2  при прокладке в земле.

Выбор сечения и марки кабеля для пятого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L5 =  0,15 км;                                    r0  = 7,85 Ом * км - S = 4 мм2 ;

P5 = 16 кВт;                                      x0 = 0  -  S = 4мм2 ;

cos = 0,8;                                        r01 = 1,84 Ом * км – S = 16 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ. x01 = 0,102 Ом * км – S = 16 мм2

I5 = P5  / (*cos) = 16 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 29,3 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*4 мм2 при прокладке  земле.

= = 29,3 * 0,15 * (7,85 * 0,8) / 0,38 * 100% = 12,8%;   U = 331,3 В;

Потери составляют 12,8% при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы *16 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 2,1% при допустимых 5%. Ток плавления составляет 201 А.

Выбор сечения и марки кабеля для шестого потребителя по расчётному току и падению напряжения

L6 = 0,04 км;  r0  = 11,75 Ом * км – S = 2,5 мм2 ;

P6 = 14 кВт;  x0 = 0  -   S = 2,5 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ;

cos = 0,8.

I6 = P6 / (*cos) = 14 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 25,6 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке  земле. Ток плавления составляет 141 А.

= 25,6 * 0,04 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 4,7%;   U = 361,9 В

Потери составляют 4,7% при допустимых 5%. – Норма!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке в земле.

Выбор сечения и марки кабеля для седьмого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L7 = 0,06 км; r0  = 7,85 Ом * км - S = 4 мм2 ;  

P7 = 20 кВт; x0 = 0  -  S = 4 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ;  r01  = 4,9 Ом * км  - S = 6 мм2 ;  

cos = 0,8.  x0 = 0 - S = 6 мм2 ;

I7 = P7 / (*cos) = 20 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 36,6 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*4 мм2 при прокладке земле.

 = 36,6 * 0,06 * ( 7,85* 0,8) / 0,38 * 100% = 6,4%; U = 355,6 В

Потери напряжения состаляют 6,4% при допустимых 5% - Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*6 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 4,3% при допустимых 5%. Ток плавления составляет 201 А.

Выбор сечения и марки кабеля для восьмого потребителя по расчётному току и потерям напряжения: 

L8 =  0,2 км; r0  = 7,85 Ом * км; - S = 4 мм2 ;

P8 = 16 кВт; x0 = 0 - S = 4 мм2 ;

cos = 0,8;  r01 = 1,84 Ом * км – S = 16 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ. x01 = 0,102 Ом * км  - S = 16 мм2 .

I8 = P8  / (*cos) = 16 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 29,3 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*4 мм2 при прокладке  земле.

 = 29,3 * 0,2 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 17%; U = 315 В;

Потери составляют 17% при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы *16 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 4,4% при допустимых 5%. Ток плавления составит 201 А.

Выбор сечения и марки кабеля для девятого потребителя по расчётному току и потерям напряжения: 

L9 =  0,15 км; r0  = 11,75 Ом * км; -  S = 2,5 мм2 ;

P9 = 12 кВт; x0 = 0 - S = 2,5 мм2 ;

cos = 0,8; r01 = 2,94 Ом * км – S = 10 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ. x01 = 0,11 Ом * км  - S = 10 мм2 .

I9 = P9  / (*cos) = 12 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 22 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке земле.

 = 22 * 0,15 * (11,75 * 0,8) / 0,38 * 100% = 15,3%; U= 321,7 В;

Потери составляют 15,3% при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВРГ с сечением жилы 3*10 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 3,9% при допустимых 5%. Ток плавления составит 141 А.

Выбор сечения и марки кабеля десятого потребителя по расчётному току и потерям напряжения:

L10 =  0,09 км;  r0  = 11,75 Ом * км; -  S = 2,5 мм2 ;

P10 = 10 кВт;  x0 = 0 - S = 2,5 мм2 ;

cos = 0,8;  r01 = 1,84 Ом * км – S = 6 мм2 ;

Uн = 0,4 кВ.  x01 = 0 - S = 6 мм2 .

I10 = P10  / (*cos) = 10 / (1,71 * 0,4 * 0,8) = 18,3 А;

По длительно допустимому току выбран кабель марки АВВГ с сечением жилы 3*2,5 мм2 при прокладке земле.

 = 18,3 * 0,09 * (1,84 * 0,8) / 0,38 * 100% = 7,7%   U = 350,9 В;

Потери составляют 7,7% при допустимых 5%. – Недопустимо!

По потерям напряжения выбран кабель марки АВВГ  с сечением жилы 3*6 мм2 при прокладке в земле. Потери напряжения составят 3,2% при допустимых 5%. Ток плавления составит 141 А.

В качестве металла для кабеля на каждого из потребителей используется – алюминий (Al). Несмотря на то, что удельное сопротивление алюминия больше чем меди, целесообразно при данных сечениях использовать именно этот материл, исходя из экономических соображений.

2.3 Расчёт и выбор автоматических выключателей в цепь низкого напряжения

Используя расчётные токи, найденные в разделе имеем право рассчитать и выбрать автоматы (автоматические воздушные выключатели – QF) в цепь 0,4 кВ.

QF1:

I1 = 27,4 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ:

Uн = до : <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 50 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 30 А (теплового);

tср. = 0,2 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 11 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 300…1500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I1. * 7 = 27,4 * 7 = 191,8 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 191,8 = 239,75 А;

Iср.эл. < = 11 Iн.р.;

239,75 < 550 (А).

QF2:

I2 = 36,6 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ:

Uн = <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 50 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 40 А (теплового);

tср. = 0,2 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 11 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 300…1500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I2. * 7 = 36,6 * 7 = 256,2 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 256,2 = 320,25 А;

Iср.эл. < = 11 Iн.р.;

320,25 < 550 (А).

QF3:

I3 = 110 А;

Выбираем автоматический выключатель серии А3714B:

Uн = до : <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 160 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 125 А;

tср. = 0,1 сек;

Род расцепителя – электромагнитный;

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 2…10 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 5000…7500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А;

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I3 * 7 = 110 * 7 = 770 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 770 = 962,5 А;

Iср.эл. < = 10 Iн.р.;

962,5 < 1600 (А).

QF4:

I1 = 14,6 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АЕ-2030:

Uн = до : <~> 500 В, <-> 220 В;

Iн.р. = 25 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 16 А (теплового);

tср. = 0,5 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 10 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 5000 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I4. * 7 = 14,6 * 7 = 102,2 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 102,2 = 127,75 А;

Iср.эл. < = 10 Iн.р.;

127,75 < 250 (А).

QF5:

I5 = 29,3 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ:

Uн = до : <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 50 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 30 А (теплового);

tср. = 0,2 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 11 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 300…1500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I5 * 7 = 29,3 * 7 = 205,1 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 205,1= 256,4 А;

Iср.эл. < = 11 Iн.р.;

256,4 < 550 (А).

QF6:

I6 = 25,6 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ:

Uн = до : <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 50 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 30 А (теплового);

tср. = 0,2 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 11 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн  – 300…1500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I6 * 7 = 25,6 * 7 = 179,2 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 179,2 = 224 А;

Iср.эл. < = 11 Iн.р.;

224 < 550 (А).

QF7:

I7 = 36,6 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ:

Uн = до : <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 50 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 40 А (теплового);

tср. = 0,2 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 11 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 300…1500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I7 * 7 = 27,4 * 7 = 256,2 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 256,2 = 320,25 А;

Iср.эл. < = 11 Iн.р.;

320,25 < 550 (А).

QF8:

I8 = 29,3 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АП50-3МТ:

Uн = до : <~> 660 В, <-> 440 В;

Iн.р. = 50 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 30 А (теплового);

tср. = 0,2 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 11 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 300…1500 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I8 * 7 = 29,3 * 7 = 205,1 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 205,1 = 256,4 А;

Iср.эл. < = 11 Iн.р.;

256,4 < 550 (А).

QF9:

I9 = 22 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АЕ-2040:

Uн = до : <~> 500 В, <-> 220 В;

Iн.р. =25 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 25 А (теплового);

tср. = 0,5 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 10 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 5000 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I9. * 7 = 22 * 7 = 154 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 154 = 192,5 А;

Iср.эл. < = 10 Iн.р.;

192,5 < 250 (А).

QF10:

I1 = 18,3 А;

Выбираем автоматический выключатель серии АЕ-2030:

Uн = до : <~> 500 В, <-> 220 В;

Iн.р. = 25 А;

fc = 50-60 Гц;

Iрасцеп. = 20 А (теплового);

tср. = 0,5 сек;

Род расцепителя – тепловой, электромагнитный (комбинированный);

Установка на ток мгновенного срабатывания ЭМ расцепителя = 10 Iн.р..;

Количество полюсов – 3;

Предельная коммутационная способность при Uн – 5000 А;

Тип по диапазону мгновенного расцепления автомата – B,C,D;

Серия автомата – А.

Определим критический пусковой ток автомата:

Iп = I10 * 7 = 18,3 * 7 = 128,1 А;

Iср.эл. = кз * Iп  = 1,25 * 128,1 = 160,125 А;

Страницы: 1, 2, 3