Курсовая работа: Проектирование узловой подстанции 220/35/10
Вторичная нагрузка трансформатора определяется по формуле:
S2Σ = = 68 В·А
Выбор
трансформатора напряжения сводится в табл. 5.19;
Таблица 5.19 Выбор трансформатора
напряжения на стороне НН
Условия выбора |
Расчетные данные |
Трансформатор напряжения |
Класс
точности |
0,5 |
0,5 |
Uуст
≤ Uном
|
10 кВ |
10 кВ |
S2Σ ≤
Sном
|
68 В·А |
75 В·А |
Окончательно принимаем ТН марки НАМИ – 10
5.3 Выбор ОПН
Ограничители предназначены для защиты изоляции
электрооборудования переменного тока частотой 50 Гц электрических сетей
напряжением от 0,5 до 500 кВ от атмосферных и коммутационных перенапряжений.
В настоящее время проведены разработки, испытания и освоение
ОПН на классы напряжения от 0,5 до 500 кВ.
Большинство конструкций ОПН выполнены на базе существующих
полимерных конструкционных материалов (кремний, органические резиновые смеси,
стеклоткани и стеклопластиковые трубы), позволивших создать на их основе ОПН с
высокими эксплуатационными и технологическими свойствами:
– высокая механическая прочность в диапазоне температур от
минус 60 С до плюс 50 С;
– ударопрочность;
– взрывобезопасность;
– сейсмостойкость;
Ограничители на классы напряжения от 3 до 10 кВ представляют
собой монолитную конструкцию. Волоконноусиленный материал наносится
непосредственно на колонку оксидно-цинковых варисторов с контактами. На изготовленный
таким образом блок непосредственно напрессовывается кремнийорганическая резина,
обеспечивая высокую степень герметичности.
Ограничитель на 220 кВ конструктивно представляет собой
высоконелинейный резистор, состоящий из соединенных последовательно дисков оксидно-цинковых
варисторов, заключенный в герметичную полимерную изоляционную покрышку.
Условие:
1.
по напряжению
Uраб≥Uсети (5.23)
Uсети=1,5*Uном (5.24)
Uраб=√3*Uном.раб, (5.25)
где U р. – рабочее напряжение.
Принимаем ОПН марки ОПН/ТЕL(УХЛ 1) соответственно для каждого класса напряжения:
ОПН/ТЕL-
220/154 для 220 кВ:
Uраб=154=266кВ;
Uсети=1,15·220=253 кВ;
266 кВ ≥ 253 кВ, следовательно, ОПН-220/154 проверку
прошел.
ОПН/ТЕL-35/24
Uраб=24= 41,52 кВ;
Uсети=1,15·35= 40,25 кВ;
41,52 кВ ≥ 40,25 кВ, следовательно, ОПН-35/24 проверку
прошел.
ОПН/ТЕL-10/12,5
Uраб=12,5*√3=21,7 кВ;
Uсети=1,15·10=11,5 кВ;
21,7 кВ ≥ 11,5 кВ, следовательно, ОПН-10/11,5 проверку
прошел.
5.4 Выбор гибких и жестких шин
Выбор токопроводов на стороне 220 кВ и 35 кВ
В РУ 35 кВ и выше применяются гибкие шины, выполненные
проводами АС, обладающие малым удельным сопротивлением и хорошей механической
прочностью.
1) При проектировании жестких и гибких шин выбор сечений
производят по допустимым значениям тока для стандартных сечений. Основным
параметром для выбора сечения является величина рабочего тока.
2) Выбранное сечение необходимо проверить по нагреву в
аварийном режиме, когда одна из цепей отключена:
Iдл доп > Iав, (5.26)
где Iдл доп –длительно допустимый ток для выбранного
сечения линии, A.
Iав – аварийный ток, A.
Аварийный ток определяется по формуле:
Iав=2· Iраб; (5.27)
3) По условиям короны:
1,07∙Е ≤ 0,9∙Е0;(5.28)
где Е – напряженность электрического поля около поверхности
провода, кВ/см;
Е0 – начальная критическая напряженность
электрического поля, кВ/см;
Е0 = ,(5.29)
где m –
коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности провода (для
многопроволочных проводов m=0,82);
r0 – радиус провода, см;
Напряженность электрического поля около поверхности
нерасщепленного провода:
Е = ;(5.30)
где U –
линейное напряжение, кВ;
Dср – среднегеометрическое расстояние между проводами фаз, см;
При горизонтальном расположении фаз:
Dср = 1,26∙D,(5.31)
где D –
расстояние между проводами фаз (для U=220 кВ – D=1800 мм,U=35 кВ – D=400 мм), см; [8],
Напряженность электрического поля около поверхности
расщепленного провода:
Е = ,(5.32)
где k –
коэффициент, учитывающий количество проводов n в фазе;
rэк – эквивалентный радиус проводов, см;
4) Выбранные провода должны быть проверены по ветровым
нагрузкам и нагрузкам по гололеду в соответствии с ПУЭ.
Fэ ≥ Fminмех;(5.33)
Минимальное сечение по условию механической прочности для III района по гололеду и проводов из сталеалюминия:
Fminмех = 50 мм2.
qmin=
5) На термическое и электродинамическое действия токов
короткого замыкания проверяют гибкие шины РУ при I(3)по>
20 кA.
Если какое-либо из условий проверки не выполняется, следует
увеличить сечение провода.
Выберем
сечение проводов для гибкой ошиновки РУВН:
1) Выбор
сечения по допустимому току:
Рабочий ток в цепи трансформатора на
РУВН:
Iраб = 118 А принимаем провод АС 240/32;
2) Проверка выбранного сечения на нагрев провода:
Ток послеаварийного режима:
Iав = 2·Iраб = 236 А,
I дл доп = 605 А,
605 А > 236 А.
3) Проверка
выбранного сечения по условию короны:
1,07∙Е ≤ 0,9∙Е0;
Е0 = = 29,82 кВ/см;
Е = = = 13,5 кВ/см;
1,07∙13,5= 14,45 кВ/см 0,9 ∙29,82= 26,84 кВ/см.
4) Проверка выбранного сечения по механическим нагрузкам:
F ≥ Fminмех,
240 мм2 > 50 мм2
qmin=мм2
q≥qmin - условие выполняется
5) Проверка по термическому и электродинамическому действию
токов короткого замыкания:
Гибкие провода, по которым возможно протекание тока короткого
замыкания меньше 20 кА термическую и электродинамическую стойкость не
проверяются.
Все условия выполняются. Окончательно принимаем к установке
гибкие шины из сталеалюминевых проводов АС 240.
Выберем сечение проводов для гибкой
ошиновки РУСН:
1) Выбор
сечения по допустимому току:
Iраб = 462 А, принимаем провод АС 300/32;
2) Проверка выбранного сечения на нагрев провода:
Ток послеаварийного режима:
Iав = 2 Iраб = 924 А,
I дл доп = 1000 А
1000 А > 924 А.
3) Проверка
выбранного сечения по условию короны:
1,07∙Е ≤ 0,9∙Е0;
Е0 = = 28,82 кВ/см;
Е = = = 4,19 кВ/см;
1,07∙4,19= 4,49 кВ/см 0,9 ∙28,82= 25,34 кВ/см.
4) Проверка выбранного сечения по механическим нагрузкам:
F ≥ Fminмех,
300 мм2 > 50 мм2.
qmin==83 мм2
q≥qmin - условие выполняется
5) Проверка по термическому и электродинамическому действию
токов короткого замыкания:
Гибкие провода,
по которым возможно протекание тока короткого замыкания меньше 20 кА термическую
и электродинамическую стойкость не проверяются.
Все условия выполняются. Окончательно принимаем к установке
гибкие шины, с расщепленными надвое жилами, из алюминиевых проводов АС 240.
Выбор
жестких шин на стороне 10 кВ
Для общей ошиновки предусматриваем алюминиевые шины
прямоугольного сечения.
Сборные шины и ответвления от них к электрическим аппаратам
(ошиновка) 6-10 кВ из проводников прямоугольного или коробчатого профиля
крепятся на опорных фарфоровых изоляторах. Шинодержатели, с помощью которых
шины закреплены на изоляторах, допускают продольное смещение шин при их
удлинении вследствие нагрева. При большой длине шин устанавливаются компенсаторы
из тонких полосок того же материала, что и шины. Концы шин на изоляторе имеют
скользящее крепление через продольные овальные отверстия и шпильку с пружинящей
шайбой. В местах присоединения к аппаратам изгибают шины или устанавливают
компенсаторы, чтобы усилие, возникающее при температурных удлинениях шин, не
передавалось на аппарат.
1.Выбираем сечение шин по длительно допустимому току
нагрузки:
Imax = 981 А;
Принимаем однополюсные шины алюминиевые прямоугольного
сечения
S=80×8, с Iдл.доп =1320 А;
Так как Iдл.доп.>Imax , то шины выбраны правильно. (5.34);
2. Проверка
по термической стойкости.
Для шин,
выполненных из алюминия допустимая температура нагрева
при коротком замыкании 200 0С,
коэффициент C=91 А·с1/2 /мм .
Исходя из этого определяется минимально допустимое по нагреву сечение :
qminтерм = = = 76мм2, (5.35);
где Bк
– тепловой импульс при протекании тока короткого замыкания.
Для выбранных шин qmin составляет 480 мм2,
qminтерм < qдоп , условие
выполняется,
3.
Проверка на
механическую прочность.
При механическом расчете однополюсных шин наибольшая сила f, действующая на шину средней фазы
(при расположении шин в одной плоскости), определяется при трехфазном коротком
замыкании по формуле:
f=(5.36);
где iуд
– ударный ток при трехфазном коротком замыкании, A;
l – длина пролета между опорными изоляторами шинной
конструкции, м; (рекомендуется l = 1-1,5 м);
а – расстояние между фазами, м;
Сила f
создает изгибающий момент (М), Н·м, при расчете которого шина рассматривается
как многопролетная балка, свободно лежащая на опорах.
Выбранные шины проверяем на динамическую устойчивость:
f=== 117,54 кг·с/см2 – (5.37);
f - сила, действующая на шину.
Сила f создает
изгибающий момент (М), Н·м, при расчете которого шина рассматривается как
многопролетная балка, свободно лежащая на опорах.
момент сопротивления шины относительно оси,
перпендикулярной действию силы, см3 ,
=20 см3
Напряжение в материале шин, Мпа,
возникающее при воздействии σрасч изгибающего момента:
σрасч = = = 8,82 МПа,
Шины механически прочны, если выдерживается условие:
σрасч ≤ σдоп
σдоп = 40 Мпа, [1,табл. 4.2]
Окончательно принимаем шины Sm =80 × 8 алюминиевые марки АДО
5.5 Выбор опорных и проходных изоляторов на РУНН
Выбор опорных изоляторов
Опорные изоляторы выбираются по следующим условиям:
1) по номинальному напряжению:
Uуст ≤ Uном ; (5.38)
2) по допустимой нагрузке:
Fрасч ≤ Fдоп, (5.39)
где Fрасч
– сила, действующая на изолятор, Н;
Fдоп – допустимая нагрузка на головку изолятора,
Н.
Fдоп = 0,6 Fразр, (5.40)
где Fразр
– разрушающая нагрузка на изгиб, Н.
Для крепления шин 10 кВ применяются опорные изоляторы для
внутренней установки типа ИО-10-3,75 УЗ с Fразр= 3750 Н.
При расположении шин в вершинах равнобедренного треугольника
силу, действующую на изолятор, рассчитаем по формуле [2, стр. 227]:
Fрасч = = = 117,54 Н,
Fрасч < 0,6∙Fразр,
117,54 Н 0,6∙3750= 2250 Н,
Окончательно выбираем опорный изолятор ИО-10-3,75 У3.
Выбор проходных изоляторов
1) по напряжению (формула 5.38);
2) по номинальному току:
Imax ≤ Iном , (5.41);
где Imax
– максимальный рабочий ток, проходящий через изолятор;
Iном – номинальный ток изолятора (по справочным
данным).
1963 А ≤
2000 А
3) по допустимой нагрузке (формула 5.39);
Для проходных изоляторов расчетная сила f расч, Н:
f =0,5 · =0,5 · = 58,8 H;
В качестве проходных изоляторов на стороне 10 кВ принимаем
изоляторы типа ИП-10-2000-У, Uh = 10 kB, Iн = 2000 A, Fн = 3 кН.
Fрасч < 0,6∙Fразр,
58,8 Н < 3750∙0,6=1800 Н.
5.6 Выбор трансформатора собственных нужд и плавкого
предохранителя
Выбор трансформатора с.н.
Выбор трансформатора собственных нужд зависит от состава
потребителей, что в свою очередь зависит от типа подстанции, мощности
трансформаторов, наличия синхронных компенсаторов и типа электрооборудования.
Мощность трансформаторов с.н. выбирается по нагрузкам с.н. с
учетом коэффициентов загрузки и одновременности, при этом отдельно
рассчитывается летняя и зимняя нагрузки, а так же нагрузка в период ремонтных
работ на подстанции.
В учебном проектировании можно по ориентировочным данным
[2, приложение, таб. П6.1 и П6.2] определить основные
нагрузки с.н. подстанции, приняв для двигательной нагрузки соsφ=0,85.
Представим основные нагрузки с.н. в таблице:
Таблица.5.20. Основные нагрузки с.н.
Вид потребителя |
Уст. Мощность |
соsφ |
Нагрузка |
кВт х кол-во |
всего, кВт |
Pуст, кВт |
Qуст, кВАр |
Охлаждение ТДТН 63000/220 |
- |
3 |
0,85 |
3 |
2,55 |
Подогрев ВГУ– 220–45/3150 У1 |
42,9х8 |
343 |
1 |
343 |
- |
Подогрев ВГК–35–40/3150 |
4,4 х 1 |
4,4 |
1 |
4,4 |
- |
Подогрев КРУ |
1 х 18 |
18 |
1 |
18 |
- |
Отопление и освещение ОПУ |
- |
80 |
1 |
80 |
- |
Освещенеие, Вентиляция ЗРУ |
- |
7 |
1 |
7 |
- |
Освещение ОРУ 220 кВ |
- |
5 |
1 |
5 |
- |
Освещение ОРУ 35 кВ |
- |
5 |
1 |
5 |
- |
Итого: |
|
|
|
465,4 |
2,55 |
Мощность трансформаторов с.н. выбирается:
при двух трансформаторах с.н. на ПС без постоянного дежурства
, где
- мощность трансформатора с.н.;
- расчетная мощность всех потребителей;
, где
- коэффициент спроса, учитывающий коэффициенты
одновременности и загрузки. В ориентировочных расчетах можно принять =0,8.
Предельная мощность каждого трансформатора с.н. должна быть
не более 630 кВА.
Sрасч=
Принимаем трансформатор типа ТСЗ-400/10 [7, стр. 120].
Выбор плавкого предохранителя
Предохранитель – это устройство, служащее для отключения
электрооборудования при возникающих КЗ, путем перегорания его плавкой вставки.
Выбор предохранителя производится:
1.
по напряжению
установки ;
2.
по току ;
3.
по току
отключения .
Выбираем предохранитель марки ПКТ101-10-10-31,5 У3 [7, стр. 254].
Характеристики:
Номинальное напряжение Uном=10 кВ;
Номинальный ток Iном=10 А
Номинальный ток отключения Iоткл.ном=31,5 кА
Предохранитель устанавливается в цепи трансформатора
напряжения. Ток в первичной цепи ТН находим по выражению:
, где
- мощность, потребляемая вторичной нагрузкой ТН;
- вторичное напряжение трансформатора (100В)
- коэффициент трансформации ТН
().
Таблица 5.21. Условия выбора предохранителя.
Расчетные данные |
Паспортные данные |
Условия выбора |
Uсети.уст=10 кВ
|
|
|
Iраб.мах=8 А
|
|
|
|
|
|
Заключение
При проектировании данной узловой подстанции было определено, что при выборе электрической
схемы нужно исходить из соображений надежности, экономичности и безопасности.
Выбор схемы зависит от категории потребителей электрической энергии. Вследствие
этого было установлено два силовых трансформатора. Исходя из этих условий был
выбран наиболее рациональный вариант схемы. Также в данном проекте было
рассмотрено, как и по
каким критериям выбирать электрооборудование. Оборудование выбрано современное,
так как в настоящее время на новых энергообъектах устанавливается новое
оборудование. Которое по своим характеристикам превосходит устаревшее
оборудование. Следовательно, это позволяет увеличить срок службы подстанции и
сократить расходы на постройку подстанции. Было установлено, что все
оборудование соответствует критериям выбора. В итоге всего расчёта мною было
изучено, по каким правилам и нормам выбирать и проектировать подстанцию
Список литературы
1. Барыбин
Ю.Т. Справочник по проектированию эл.снабжения, 1990
2. Поспелов
Г.Е.- Электрические системы и сети.-1978.
3.Справочник
по новому электрооборудованию в системах электроснабжения /Ополева Г. Н. –
Иркутский гос. Университет,2003.
4. Л. Д.
Рожкова, Л. К. Карнеева, Т. В. Чиркова. Электрооборудование электрических станций и подстанций. – М.:
Издательский центр «Академия», 2004.
5. Правила
устройства электроустановок: Все действующие разделы ПУЭ-6 и ПУЭ-7. 7-й выпуск.
6.
Справочник по электроснабжению промышленных предприятий/Под ред. А. А. Федоров,
Г. В. Сербиновского.- М.: Энергия, 1973.
7. Б.Н. Неклепаев – Электрическая часть
электростанций и подстанций.- М: Энергоатомиздат, 1989.
8.
Герасимова – Электротехнический справочник, 2007.
9.
http://www.laborant.ru
|